数据保护是什么

SSD上如何进行数据保护？

存储老吴的博客存储方式

随着闪存技术的发展，其成本降低，容量增加。越来越多的企业用户在考虑如何将闪存SSD技术应用到自己的环境中，从而解决性能、功耗、体积等常见的存储问题。几年前，闪存技术已经广泛应用于互联网领域。主要原因是互联网需要面对大量的访问IO压力，传统的磁盘存储系统无法提供高IOPS。所以闪存的高性能只能用来解决互联网发展中的问题。所以，时至今日，闪存已经被广泛应用于互联网领域，并成为其标准。

在闪存的应用过程中，PCIe接口在存储方面的应用取得了巨大的成功。尤其是近年来，符合NVMe接口标准的固态硬盘的推出，加速了闪存固态硬盘的应用。去年，英特尔推出了符合NVMe标准的2.5英寸固态硬盘；今年，中国的Memblaze也推出了符合NVMe1.1标准的2.5英寸SSD磁盘和卡。可以说，这款2.5英寸SSD盘的推出，为闪存在企业级的应用扫清了道路。2.5英寸磁盘可热插拔，并具有企业级双端口属性。在NVMe闪存盘落地的同时，服务器制造商也在大力支持NVMe。从去年到今年，很多服务器厂商的产品都会支持NVMe接口。通常，一些2U服务器将支持大约4个NVMe驱动器。超微1U服务器可支持10盘全NVMeSSD。有了标准的NVMe磁盘和支持NVMe的服务器，现在的问题是，如何在这些服务器中使用这么多NVMe磁盘？

当面对这个问题时，很多朋友会想直接在NVMeSSD上运行基于磁盘存储介质的传统软件系统。由于NVMeSSD还是系统中常见的块设备，传统软件直接运行在NVMeSSD上并不难。但是我们要知道，传统的存储软件是针对磁盘介质设计的，它考虑的是磁盘介质的问题，比如随机存取能力差，顺序存取能力好。根据磁盘介质的这些特点，开发了传统的存储软件。与磁盘相比，NVMeSSD完全不同。它没有磁盘存储遇到的问题，但它有自己独特的问题。所以传统存储软件如果直接搭建在NVMeSSD上，就像庸医开药，原来的病还没治好，新的问题又出现了。因此，在NVMe服务器平台上，我们不能直接简单地使用现有的软件进行磁盘存储来解决NVMeSSD数据可靠性、卷管理等棘手问题，需要另辟蹊径。

就数据保护而言，我们应该在NVMeSSD平台上做些什么？传统解决方案存在哪些问题？未来的技术方向在哪里？储物老吴给你一个。

在磁盘存储时代，RAID技术通常用于数据保护，互联网的多副本可以理解为RAID1及其扩展。RAID技术可以分为两类:软RAID和硬RAID。硬RAID是通过硬件实现的。RAID技术发展之初，采用FPGA实现RAID控制器。当时Xinlix推出的FPGA集成了XOR单元，支持RAID控制器的开发。有些厂商还直接开发ASIC来定制和加速RAID性能。当然，英特尔的IOP处理器和现在的LSIROC等SOC技术是最受欢迎的。由此也可以认识到，真正可行的产品架构是简单的，软件才是IT产品的核心。

硬盘RAID是一种基于PCI/PCIe总线的接口卡。卡上扩展了SATA接口，RAID固件程序运行在SOC中。整个硬盘RAID的核心技术是固件程序和SOC芯片。硬盘RAID是很多存储的标准，通用性很强。除了硬RAID技术，很多厂商都会开发软RAID。例如，EMC等大型存储公司将拥有自己的软RAID技术。软RAID是在主机端运行的数据保护软件。基本可以实现和硬RAID一样的数据保护功能，但没有硬RAID那么通用。10年前CPU的性能远不如现在，所以采用软RAID技术后，CPU会参与数据编解码，从而影响性能。所以，很久以前，硬盘RAID就是高性能的代表。不过今天IntelCPU已经很强大了，不再需要处理软RAID之类的数据编解码，更不用说AVX、SSE等加速指令集的支持了。所以软RAID的性能一点也不逊色，甚至超过了硬RAID。

无论是软RAID还是硬RAID技术，在磁盘存储时代都得到了很好的发展，除了与RAID自身架构相关的数据重建。在正常使用中，RAID本身是可以接受的，因为主要的性能瓶颈在于磁盘本身。因此，从R&D的角度来看，那个时代的大量工作仍然是优化IO模式，以满足磁盘存储的需求。

进入闪存时代后，如果SSD直接连接传统RAID系统，我们暂时不考虑传统RAID带来的一些问题。从性能的角度来看，传统RAID已经成为系统的瓶颈。一个普通的SSD磁盘，无论是SATA还是NVMe接口，都有10万IOPS的轻松随机读取性能，所以多个磁盘聚合后性能可以轻松达到50万以上。在这种性能压力下，一个普通的硬RAID如何发挥这种性能？对于一个NVMeSSD磁盘，其单盘性能可以达到70万IOPS以上。如果用5个NVME固态硬盘组成一个RAID，随机读取性能如何达到300万以上？采用硬RAID现实吗？如果要达到这样的性能，那么就需要重新设计RAIDSOC控制器，实现这个SOC至少需要一个多核高性能处理器。假设一个内核可以处理500，000个IOPS，这个SOC至少需要6个这样的内核。这还没有考虑到软件级别带来的性能损失。由于RAID软件系统的强耦合性，很难最大限度地发挥多核的性能。另外，要达到300万IOPS性能，带宽在12GB/s以上，一个PCIe3.0X16刚好满足要求。所以从硬件角度来说，短时间内实现这样的商用硬RAID是不现实的。目前市场上很多人用硬盘RAID来保护SATASSD的数据，性能相对较低。

对于NVMeSSD来说，当硬RAID无望时，只能考虑数据保护软件来增强系统数据的可靠性。其实这是符合客观规律的。CPU的发展趋势是多核，NVMeSSD的运行以IO密集型为主，符合多核的发展思路。多核技术可以并发处理IO请求，可以充分发挥闪存的性能优势。因此，存储老吴认为，在IntelX86服务器平台下，充分利用多核技术，根据闪存的特点，为NVMeSSD构建数据保护软件系统，是未来存储技术的发展趋势。