磁帶在離開驅動器之后不消耗任何能量,基于閃存技術的SSD內部沒有運動的機械部件,能耗也比磁盤驅動器要小得多。但是,磁帶的性能問題極大地限制了其使用范圍,而SSD性能雖高卻性價比不佳,至少還要再過兩三年才能對磁盤構成實質性的威脅。
既然兩種更為“綠色”的存儲介質中,SSD一時半會兒還不足以替代磁盤,而磁帶的生存空間更是受到磁盤的擠壓,無力反攻,那么,磁盤的節能問題就只有靠自己解決了。
有空就歇——MAID
磁盤以其性能上的優勢逐步將磁帶擠出備份市場,但保存同樣數據量所消耗的能源也大幅上升。磁帶上的數據如果暫時用不到,完全可以從驅動器甚至磁帶庫中移出,能耗當然為零。這種本事磁盤因受先天條件所限而無法全盤照搬,只能根據自身情況借鑒一二。
MAID(Massive Array of Idle Disks,大規模非活動磁盤陣列)便是上述思想的產物。MAID最初的理論依據來自“80/20”定律,具體來說就是80%的訪問活動圍繞著20%的物理存儲進行。至少對于備份/恢復應用,這一概念基本成立,于是設計者很自然地想到,那些暫時沒有數據被訪問的磁盤驅動器,完全可以進入能耗相對較低的待機狀態,甚至完全關閉,需要訪問時再“喚醒”也來得及,從而達到節能的效果。
如同其他尚未成熟的技術一樣,關于MAID的不同實現方式還有一些爭論,譬如磁盤驅動器休眠的深度、級數、觸發條件和涉及范圍,乃至需要時能夠在多長時間內恢復運行。總的來說,MAID的普及程度在逐漸提高,已經從純粹的VTL(虛擬磁帶庫)、磁盤備份/歸檔設備擴展到了相對通用的中端存儲系統,但主要適用對象仍然是大容量的SATA硬盤驅動器。
盡量少用——自動精簡配置
MAID的原理是暫時不用就休眠,對生產系統而言顯然不合適,特別是那些交易型應用——中高端存儲系統恨不得把所有的磁盤驅動器都24小時連軸轉還嫌不夠,怎么能允許有一部分休眠呢?只能另想辦法。
傳統的SAN存儲設備,需要預先為應用分配(Provisioning)存儲空間,通常會大于實際所能用到的空間,從而造成浪費。自動精簡配置(ThinProvisioning)則通過在寫入時才分配相應空間的做法避免了這種現象,減少了所需要購買的存儲容量,使用的磁盤驅動器數量也隨之下降,由此達到節能的效果。
拒絕冗余——重復數據刪除
自動精簡配置能夠減少閑置的存儲空間,可是卻對冗余數據——另一種浪費存儲空間的現象——無能為力。
日復一日的備份操作會產生大量的冗余數據,而重復數據刪除(Data De-duplication)技術只為相同的數據保留一份副本,其他都替換為指向該副本的指針,可以大幅度地節省存儲空間,進行重復數據刪除前后所使用的存儲空間比例甚至會高達數十比一。
實現重復數據刪除的方式主要有兩種:第一種在數據寫入磁盤之前進行判斷,發現重復數據便以指針代替,稱為實時處理(in-line),優點是所需磁盤空間較少,缺點是對CPU處理能力要求高;第二種在數據寫入磁盤之后才啟動去重過程,即所謂的后處理(post-processing),優點是對CPU處理能力要求不是很高,缺點是必須保留較大的磁盤空間作為臨時工作區。
不管哪種方式,在進行去重時都會影響系統性能,因此目前重復數據刪除技術主要用在備份領域。但是,隨著服務器虛擬化的普及,生產系統中由虛擬機帶來的冗余數據也將大量增加,意味著主存儲同樣有必要具備重復數據刪除能力。相信隨著重復數據刪除算法的成熟,和存儲系統CPU處理能力的提升,主存儲普遍支持重復數據刪除技術的日子遲早會到來。
分層存儲亦有可為
除了上述的MAID、自動精簡配置和重復數據刪除等公認的“綠色”技術之外,在存儲管理的層面上也可以為節能進行優化。已經深入人心的分層存儲管理(如ILM)把經常訪問的數據存放在快速的FC/SAS磁盤驅動器上,不常訪問的數據存放在相對較慢的SATA磁盤驅動器上,而將歸檔數據轉移到磁帶上,這種做法以前主要考慮的是存儲設備和管理的成本,但它其實同樣能為“綠色”做出貢獻。
FC/SAS磁盤驅動器的高性能源于其高轉速,但這同時也意味著更高的能耗;SATA磁盤驅動器轉速較低,可是容量要大好幾倍。里外里一算,SATA磁盤驅動器單位容量的能耗只有FC/SAS磁盤驅動器的幾分之一。所以,將訪問頻率相對較低的數據轉移到SATA磁盤上,即使總共消耗的存儲容量沒有減少,但是其中低能耗的SATA磁盤所占的比例更高,仍然可以起到節能的效果。
但是,目前的分層存儲還存在著靈活性不足、自動化程度較低等問題,需要存儲廠商們盡快加以解決。
在發展中結合
MAID是在物理驅動器的層面上節能;自動精簡配置通過減少存儲空間分配來節能;重復數據刪除則以去掉冗余數據為手段降低存儲空間占用,進而達到節能的目的。也就是說,上述三種綠色技術所屬的層級依次提高,完全可以組合起來使用,達到更好的效果。
譬如說,在備份應用中,MAID和重復數據刪除技術正顯現出結合的跡象;某些中端存儲系統已兼具自動精簡配置和MAID兩大功能;不遠的將來,高端存儲系統也將同時支持自動精簡配置和重復數據刪除……(撰寫:Alisa)
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