媒体声音丨华为OceanStor Dorado V3，全闪存时代的“大军师”
东汉末年，群雄并起，各路英雄你方唱罢我登场。这是最坏的时代，也是最好的时代，在南征北战的波澜岁月里，背后活跃着军师谋臣的身影，他们运筹帷幄，不仅靠武力在战场上获得胜利，更用自己的智慧在险恶的世界里谋得一份安宁。
正所谓商场如战场，对商业版图的开疆拓土同样离不开智谋无双的大军师，在全闪存的世界中，满足企业级应用，堪称“大军师”的唯有华为OceanStor Dorado V3。原因也很简单，首先它具备极致的领先性能；而且从可靠性到大容量闪存存储、数据一致性；从SSD盘到系统，从IO调度到网络协议，唯有华为OceanStor Dorado V3能够全部覆盖，并进行端到端的优化保障，有“勇”有“谋”，保障企业级应用又快又稳。
3D NAND+在线数据缩减技术 激活全闪存市场
按照Gartner公司的预计，全闪存阵列市场的整体规模将以年均37%的复合增长率持续拓展，这意味着其将从2014年的14.3亿美元增加到2019年的70亿美元。也许有用户会说，区区几十亿美元市场，相比存储市场百亿美元规模不过是九牛一毛，为什么要关注全闪存市场呢？
如果了解闪存市场就会知道：较之磁盘，SSD盘（闪存盘）在价格上还有台阶级差别，特别是去年，SSD价格还有所上升，无论从$/GB成本，还是产能上，SSD目前还没有本质上的突破。但是用户也应该看到，目前SSD制造正处在从2D向3D转型中，产线和技术投入带来了市场短期波动，但从前瞻性出发，未来3D NAND会大幅度拉低SSD盘$/GB成本，随着3D NAND产线投产和产品量产，SSD在价格上会有突破性进展。
另外一个关键是用户观念的改变。有关SSD盘$/GB成本，多是根据裸容量计算得出，而忽略了随着SSD盘性能提升，在线重复数据删除、数据压缩已经成为全闪存系统的标准配置，常规武器。它意味着同等容量，SSD盘可以处理和存储数倍超越磁盘的数据，以OceanStor Dorado V3为例，针对数据库、VDI、服务器虚拟化等闪存常用场景，即使使用保守的估计，也能够提供3：1的数据缩减，也就是3倍容量。按照这个标准计算，SSD的成本已经和HDD持平，全闪存加速发展的时代已经到来！
在这里额外需要补充的一个细节是：目前，业内厂家提供两种形态的全闪存阵列，一种是在既有混合存储形态上进行封装，可以称为改良型全闪存阵列；一种是针对闪存介质进行包括在算法、架构和设计上的全面革新，可以称为原生型全闪存。前后者的差距在于极致的时延，以及开启在线重删、压缩等特征后性能还能持续稳定的产品能力。真正有能力完成后者软硬件设计、验证到上市的厂家和产品在业内并不多。华为OceanStor Dorado V3正属于后者，这是需要认真加以关注和比较的地方。
将闪存应用到企业级存储应用场景，并不是SSD盘对于磁盘的简单替换，在性能、双活可靠性、IO调度、冷热数据分区、元数据缓存机制、外部网络连接、NVMe协议支持，以及数据静默故障应对等很多技术细节上，都要求全闪存阵列能够做到尽善尽美。这样才能够真正替代传统磁盘存储，满足关键业务应用的需要。
对此，以华为OceanStor Dorado V3原生型全闪存存储为参照，能了解相关的技术和细节。最新更新的OceanStor Dorado5000 V3基于NVMe协议，新设计的硬件架构支持双端口NVMe SSD，以及三盘同时拔插更换，全新的并行软件架构能充分发挥NVMe的高性能优势。
华为全闪存阵列的十八般武艺
之所以选择全闪存阵列，首先就是性能的因素。从性能指标上来说，除了IOPS之外，更重要的是时延。对于基于传统磁盘阵列改良的全闪存阵列（磁盘用SSD替换，控制管理软件进行调优），由于其架构还是针对磁盘设计，这样的全闪存阵列极致时延可以达到1ms左右，但在业务负载高或者开启如重删、压缩等功能特性时，其时延会陡增到3ms，甚至更高。与之相比，华为OceanStor Dorado V3是针对SSD特质而设计的全闪存阵列，其时延可以控制在0.5ms。
影响系统时延的因素很多，既有SSD盘、系统硬件架构设计的原因，也有网络和IO控制的原因。与很多原生全闪存阵列产品设计不同，华为OceanStor Dorado V3采用自己设计的SSD盘，具有最底层硬件的设计的能力，其中最重要的SSD控制器芯片设计，它采用Cortex-A9处理器，支持DDR4和18个NAND Flash通道设计。为了控制时延，FTL（Flash Translation Layer）SSD数据读/写控制集中检索和访问这个关键节点，华为采用了硬件加速的方式，所有读取和写入FTL的操作全部由硬件完成，减少软件交互次数，从而减小延时，在低负载场景下，其时延仅有40μs，比业界低20%。
华为自研SSD性能数据
SSD盘之上，盘控技术，也就是数据写入SSD的控制方式，也会对时延构成影响。就SSD盘而言，数据是按照一个一个的page（页）写入到block（块），为此，首先要通过垃圾回收找到垃圾量高的block，将其中有效数据搬移，擦除对应的块，然后写入数据。对于盘片来说，相同逻辑位置上的page发生了新写，原物理位置的page就会变为无效的垃圾，各个page从写入到变为无效的周期越接近，在一定时间内都变为垃圾的可能性更高。
就数据而言，其更新频率差异很大，其中，元数据更新非常频繁，用户数据更新的周期相对较慢，如果元数据和用户数据混合在一起写入盘上同一个block，那么元数据对应的物理page会很快失效，但是用户数据对应的物理page仍然有效，最终在垃圾回收时不得不大量的搬移用户数据，导致盘上写放大过大，影响SSD盘片的寿命和性能。
对此，OceanStor Dorado V3是通过FlashLink技术将存储系统中更新频繁的元数据，以及相对不频繁的用户数据写入到不同的擦除块上，并保证元数据和用户数据写入的擦除块定期互换实现磨损均衡。此外，该技术也针对冷热数据提供多个数据分区，根据数据冷热标识将冷热数据分开存放，从而降低SSD垃圾回收的搬移数据量，如此，又将系统时延降低了20%，同时也将写放大降低了约40%，从而有效延长了SSD盘的使用寿命。
继续往上，来到系统层面，OceanStor Dorado V3提供了系统IO优先级调度，根据应用性质给予IO优先级别标识，比如，主机读请求的优先级高于Flash Cache刷盘请求；Flash Cache刷盘写请求优先级高于异步复制的后台拷贝IO。这些IO优先级随着读写请求一起发给SSD，SSD控制芯片接收到IO时，根据IO的优先级标识，优先处理高优先级IO。如此一来，OceanStor Dorado V3就可以进一步针对应用提供性能保障。
就技术而言，SSD盘可以提供μs级别的时延，到全闪存阵列，最好也只是OceanStor Dorado V3的0.5ms。其中因素，除了以上列举因素之外，存储网络、协议（如SCSI、NVMe）带来的时延都是重要原因，要求进行系统级别的控制。
目前，OceanStor Dorado V3采用了基于华为自主知识产权存储协议处理芯片的SmartIO卡，一来支持融合组网，在10GE或8/16Gb FC组网下只需要更换光模块部件，无需更换卡件，减少1/3布线和75%接口卡，从而降低客户初始投资成本。二来，通过硬件级RDMA（Remote Direct Memory Access，远程直接数据存取）支持，提高系统的整体效率；此外，其内嵌QoS流控和TCP拥塞算法技术，在客户复杂组网场景下，可提升65%~400%的广域网性能。如此，这些设计都是OceanStor Dorado V3低时延特性的有力保障。
处理数据静默故障，打造极致可靠性
企业级应用要求全闪存阵列具有极致性能的同时，对于系统的可靠性也提出了极高的要求。就全闪存阵列而言，很多厂商将注意力集中在磨损均衡、RAID保护、双活和写惩罚/写放大的问题上，对此，OceanStor Dorado V3提供阵列级别的双活等解决方案，但他们对于可靠性的追求并没有停留在此，而是将目光着眼在数据静默等极致的可靠性追求。
所谓静默数据破坏（Silent Data Corruption）是指数据在读/写、落盘和传输处理过程中，数据出现了错误，但是错误没有立即检测出来。对于业务来说，静默数据的威胁性甚至超过系统故障，因为静默数据难以察觉，危害巨大。静默数据破坏成为一个全球共识的问题，因此2003年信息技术标准国际委员会的“T10小组”提出一个解决方案，即DIF (Data Integrity Field)，数据完整性区域，对外也叫PI (Protection Information，数据保护信息)。T10 PI标准是在ANSI T10 SCSI协议中定义的一种数据完整性校验方法，其核心原理是数据摘要的思想，在数据刚生成的时候根据数据内容计算出摘要信息，插入DIF字段。在后续数据流过的关键通道上设置校验点，从而知道数据发生了错误。
但DIF只定义了从IO控制器到存储之间的链路保护，没有涉及主机操作系统以及应用层的保护。为此Oracle基于业务对数据静默损坏防护的需求，将DIF作为Oracle Linux OS和Oracle中的数据保护，称之为DIX（Data Integrity Extensions）。目前，OceanStor Dorado V3提供全路径数据保护方案，其中包括DIX、阵列级/硬盘级/芯片级DIF，确保数据存储、处理和应用的高可靠性，从而为全闪存阵列高可靠性树立了新的标杆。
全路径数据保护方案
但DIF也不是“包治百病”，如第一次写对，第二次写错位置，DIF不一定能检测出来，为此，OceanStor Dorado V3提供了父子校验等应对的方案，将数据DIF的CRC校验信息在其元数据节点中保存一份，数据读取时不仅要对数据做DIF校验，还要和其元数据节点中的CRC做校验，以及分条一致性检查功能，如此可以有效避免数据错误，及时识别并修复。
小结
对于一个全闪存阵列而言，应该说性能、可靠性这些都是基本功。厂商之间的比拼，其实就是这些细节比拼。除了本文所列举的内容之外，还有很多需要关注的，例如大盘时代高效的元数据缓存机制、NVMe带来的挑战和应对等，这些都需要全闪存阵列能够有效应对，在残酷的商业战争中，帮助赢得业务增长，成就一番宏图伟业。
更多的产品信息可以在华为官方网站上获取有关OceanStor Dorado V3产品信息: http://e.huawei.com/topic/dorado-cn/index.html
华为将于2017年9月5-7日在上海举行全联接大会2017，届时将会对华为全闪存做进一步的解读，敬请期待！有关华为全联接大会2017的资讯，请点击阅读原文。
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