如何克服服务器端闪存的弱点，实现性能加速

对于基于存储器的存储设备，大多数类型会充分利用闪存，这已经成为试图解决存储性能问题的企业首选。但由此需要担心的一个问题就是，共享的固态设备经常会受限于存储网络和共享存储系统本身的性能。此外，高性能网络设计固有的复杂程度也是一件棘手的事。而且，迁移到共享的固态存储系统，还会导致业务中断，因为需要对原有的存储系统和工具进行更换。

这些因素使得数据中心对服务器端闪存解决方案需求的增加。服务器端闪存方案消除了存储网络的性能和复杂性的问题，同时它们会增强而不是取代现有的存储。在许多方面，在服务器端进行性能加速最为理想，因为距离需要高性能存储的应用最近。

对性能永无止境的渴求，促使许多数据中心不再满足于只使用SSD，他们将更多注意力投入到基于PCIe的固态硬盘。PCIe 固态盘位于PCIe总线上，从而消除了存储互连（SAS、SATA），甚至存储协议堆栈本身造成的潜在延迟。

从服务器端固态盘首次推出以来，要考虑的问题就是如何让正确的数据写入闪存，并充分利用这些存储容量。分层和缓存等技术是当前最受青睐的选择，但实施起来很有难度。对于PCIe固态盘尤其如此，因为常见的数据可用性技术（如镜像和RAID）使得实施更加复杂。

一般而言，服务器会自动对需要存储的数据进行分析，以确定哪些应该存储在PCIe固态盘，哪些应该存储在硬盘中。在数据库环境中，因为有俗称的"热文件"，相比在虚拟环境中这个是更容易完成的，在虚拟环境中它们的I/O模式更加随机。PCIe也是理想的虚拟内存交换区，虽然作为DRAM速度缓慢，但经济实惠。

为了增加高速服务器端闪存的吸引力，缓存解决方案应运而生。它可以自动执行大部分的数据识别和运行过程。基本上，IT部门可以添加使用高速缓存软件的PCIe固态硬盘，然后"见证奇迹"即可。与此同时，PCIe固态硬盘解决方案已经进入市场，并且就像以往其他新兴技术一样，这种竞争会导致创新力度的加大和成本的显著降低。

PCIe固态硬盘有了充分利用高性能功能的方式，客户采用率随之快速上升。但随着采用的人越来越多，人们对于服务器端缓存解决方案的一些潜在弱点的认识也有所提高。

服务器端闪存的弱点

服务器端闪存的第一个明显的弱点，就是它在已经很复杂的存储堆栈中还要添加层。除了要判断并充分了解共享存储系统、存储网络和存储主机总线适配器之外，管理员还需要知晓多个PCIe固态硬盘的解决方案。他们还必须熟悉多种缓存软件应用。

除此之外，还存在操作环境中的驱动程序堆叠。除了已知的主机总线适配器驱动程序，现在还要为PCIe固态硬盘安装驱动程序，因为就像前面说的这些设备大多避免了存储协议堆叠。此外，缓存软件要么是一个驱动程序，或在某些情况下是充分开发的应用。

首要关注的一点就是，这些组件都需要消耗服务器系统资源，如CPU周期和内存。某些PCIe固态盘使用一部分CPU来运行其闪存管理软件，当然，大多数缓存软件需要服务器的CPU和内存来进行实时数据分析。

除了兼容性和潜在的性能问题，价格也是一大考虑因素。为了加速性能，存储管理员必须单独购买PCIe固态硬盘的容量和在服务器中运行的缓存软件。通常这种购买必须针对每个服务器，因为无法跨服务器来共享PCIe固态硬盘的缓存容量。从容量分配的角度来看，这种"服务器锁定缓存"导致PCIe固态硬盘的效率与任何其他形式的直接连接存储都一样低下。

采用软件缓存的PCIe固态硬盘的第二个弱点是它怎么应对常用的集群环境，如VMware和许多数据库。在这些环境中，应用是移动的，以保证具有一致性的共享缓存，这一点是至关重要的。如今数量慢慢增加的缓存软件解决方案，可以直接集成到这些平台，在应用迁移到集群中的其他主机之前使缓存数据安全地被移除。

当然，服务器端闪存有其可取之处，主要是将加速升级直接连接到服务器，从而获得效率提升。如果能够解决上述服务器端闪存的问题，即可实现更广泛、更安全和更经济的部署。第一个步骤是通过对这些功能的一部分整合并减轻对CPU的依赖，来巩固这种性能的加速堆叠。目前已经有了一些解决方案，可以在PCIe闪存的硬件中集成缓存功能。此外，这些解决方案可以应对闪存本身的处理，而不是借用服务器的CPU和内存资源。

在这种进程中，下一步骤是将PCIe闪存和缓存功能与存储网络适配器或主机总线适配器（HBA）本身进行逻辑组合，就如同QLogic利用其新的FabricCache QLE10000适配器所做的。这种缓存SAN适配器将所有三项功能：加速、缓存和存储连接，完全透明地集成到服务器。这种级别的整合降低了存储管理员所面临的复杂性，因为他们管理的是与他们之前所使用的相同的接口适配器。

主机总线适配器可以集成连接到基于服务器的闪存和最适配的智能高速缓存，就能够充分利用与存储网络的连接，并创造出我们称之为的"高速缓存区域网络"（CAN）。CAN是网络上的共享资源，旨在为缓存数据而设计。CAN的主要目的是，它允许高速缓存信息在主机之间共享，这在虚拟环境中可以拥有更多的虚拟机移动性，并使缓存功能在集群应用环境中实现，在这个环境中相同的存储必须由集群中每个物理主机进行访问。

如果CAN使用与存储系统相同的网络基础设施，就不会有额外的成本，却可以提供更高的利用率。但如上所述，基于服务器间的连接，服务器端缓存的最后三项弱点在处理缓存容量效率、集群支持和应用迁移方面是可以克服的。

当应对集群化或虚拟化环境时（其中的应用迁移是常见的），CAN解决了另一个弱点。如上所述，当虚拟机迁移时，应尽可能少的移除缓存和进行重建。理想情况下，应该没有缓存重温这个步骤。幸运的是，CAN可以让环境中其他的非缓存主机总线适配器共享缓存助力的主机总线适配器的资源，它也以同样的方式取消了上述的这种要求。

当迁移虚拟机时，它会继续从原来的主机总线适配器上的原始缓存获取其缓存数据。虽然这确实带来了轻微的延迟，但是远低于100％硬盘驱动器存储系统对于访问性能的影响。如果虚拟机将被迁移回原来的主机，那么也可以计划在非工作时间进行，这样重建的影响就不太大了。但通常在SAN中，服务器到服务器之间的可用带宽是如此之多，以至于并不会真正需要缓存的迁移。

基于PCIe的闪存与高速缓存软件已成为企业应用和存储性能加速的一大选择。但在基于服务器的PCIe闪存、缓存软件和存储网络适配器之间缺乏整合，使得加速堆叠非常复杂。某些解决方案，如QLogic的FabricCache LE10000利用真正透明的缓存简化了这种堆叠，它使用标准的主机总线适配器驱动程序，并对这些层进行整合以实现本地缓存（即"SAN感知"），来增加更多的价值。这样做可以减少成本和复杂性，提高缓存效率，并且可以支持集群化的应用及与应用迁移协作，而不会破坏或者不需要对现有的基础设施作任何改变。