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分享存储极客丨Scale-Out与全闪存似乎天然配对儿
Scale-Out的分布式系统为何离不开SSD/全闪存？如果没有闪存，Scale-Out为什么就让人感觉火候不太够？而Scale-Out的出现，除了得益于闪存助力，还有什么其他因素么？本文冬瓜哥就来分析分析。
Dell EMC XtremIO X2简介
2018年5月1日，Dell EMC在Dell Technologies World宣布了最新的计算和存储产品。
戴尔在5月8日宣布了对XtremIO X2的一些重要改变，XtremIO X2在其软件中添加了新功能（提供了将变化数据复制到目标系统的复制方式），这将减少在进行本地复制时传输的数据量。戴尔还宣布，未来版本的XtremIO X2将支持NVMe SCM。
Dell EMC的XtremIO X2为一款具备横向扩展能力的全闪存阵列。其相比上一代XtremIO的提升如下图所示：
每个阵列单元称之为X-Brick。每个X-Brick单元可配置18~72个SSD。
上图为XtremIO X2全闪存阵列X-Brick模块外观图。每个X-Brick高度为1U，分别由Storage Controller、DAE（SSD扩展柜）、UPS电源组成，每个控制器为1U双路服务器，每个X-Brick配置了4个16Gb光纤通道端口、4~8个10GbiSCSI端口、4个56Gb Infiniband端口（每Controller配置2个）以及2个1Gb的管理端口。
下图所示为XtremIO X2的X-Brick架构。每个控制器运行了一个定制化的轻量级的Linux内核——XIOS。为了获取最高的性能，I/O处理模块直接运行在用户态，直接操作底层硬件。节点间互联采用基于Infiniband网络的RDMA方式。
XtremIO X2已经在实验室环境中实现了8个X-Brick（16个节点）甚至更大的集群，Dell EMC估计也会很快提供8个X-Brick配置的阵列。从理论上看，8个、16个X-Brick和32个X-Brick并没有区别，但是涉及到很多测试和实际应用场景，即客户当前是否需要这么大的容量和性能。
X-Brick具有非破坏性XIOS软件及硬件升级、拥有高可靠性的热插拔升级，且不存在着单点故障。集群化的XtremIO X2阵列中各个X-Brick可以拥有不同存储容量；集成了VMware VAAI、VMware多通道I/O支持，数据分卷能够夸整个系统；拥有丰富的数据保护功能。
XtremIO X2全闪存阵列将数据分为4KB的散列块，这些4KB的散列块完全打散，不按照逻辑地址进行排列存储，而是根据物理位置进行安置。如下图所示：
数据天然带有指纹hash，这也是XtremIO X2实现重复数据消除的基础。
其他一些产品也使用了类似策略，但是其数据存储方式一般都是基于逻辑地址，时间久了之后不可避免的就会产生磁盘碎片化，从而对性能产生影响。XtremIO全闪存阵列的策略则是将数据彻底的打乱完全碎片化，基于4KB的数据块通过指纹来识别、存储、管理等。一方面可以实现全局磨损均衡，另一方面可以让重复数据消除变得非常容易。
XtremIO的数据保护机制XDP，通过双阶数据引擎避免了RAID5、RAID6的写放大外，达到了RAID6的保护效果。
说说Scale-Out架构与全闪存
分布式系统的发展有三个技术条件，分别为：高速网络、大容量硬盘、固态介质。这三者彻底解放了分布式系统的生产力。通俗一点说也就是：网络快了、盘容量大了、盘速度快了。
高速网络
高速网络是分布式系统赖以生存的根本，分布式存储系统早在上世纪中后期就已经形成了理论基础，但是一直到近几年，网络的时延和带宽才足以支撑分布式系统架构。
大容量硬盘
为了降低成本，业界兴起所谓软件定义，也就是利用廉价白牌机或者标准的机架服务器，加上分布式存储软件管理层，搭建出软件定义分布式存储系统，与传统的SAN存储系统瓜分市场。
固态介质
而分布式系统的大行其道，极大的促进了固态存储的需求量，因为为了成本考量，分布式系统中每个节点往往不会连接多级JBOD从而靠大量的硬盘形成高并发性能，而是只靠每个服务器自带的少量盘位，加上固态盘来抵消跨网络通信带来的时延增加，形成让传统机械盘系统望尘莫及的IOPS和时延性能。
所以，Scale-Out与固态盘可以说是天然的一对儿，固态存储系统用于Scale-Out分布式系统是非常自然的一种需求。
Dell EMC XtremIO X2简介
2018年5月1日，Dell EMC在Dell Technologies World宣布了最新的计算和存储产品。
戴尔在5月8日宣布了对XtremIO X2的一些重要改变，XtremIO X2在其软件中添加了新功能（提供了将变化数据复制到目标系统的复制方式），这将减少在进行本地复制时传输的数据量。戴尔还宣布，未来版本的XtremIO X2将支持NVMe SCM。
Dell EMC的XtremIO X2为一款具备横向扩展能力的全闪存阵列。其相比上一代XtremIO的提升如下图所示：
每个阵列单元称之为X-Brick。每个X-Brick单元可配置18~72个SSD。
上图为XtremIO X2全闪存阵列X-Brick模块外观图。每个X-Brick高度为1U，分别由Storage Controller、DAE（SSD扩展柜）、UPS电源组成，每个控制器为1U双路服务器，每个X-Brick配置了4个16Gb光纤通道端口、4~8个10GbiSCSI端口、4个56Gb Infiniband端口（每Controller配置2个）以及2个1Gb的管理端口。
下图所示为XtremIO X2的X-Brick架构。每个控制器运行了一个定制化的轻量级的Linux内核——XIOS。为了获取最高的性能，I/O处理模块直接运行在用户态，直接操作底层硬件。节点间互联采用基于Infiniband网络的RDMA方式。
XtremIO X2已经在实验室环境中实现了8个X-Brick（16个节点）甚至更大的集群，Dell EMC估计也会很快提供8个X-Brick配置的阵列。从理论上看，8个、16个X-Brick和32个X-Brick并没有区别，但是涉及到很多测试和实际应用场景，即客户当前是否需要这么大的容量和性能。
X-Brick具有非破坏性XIOS软件及硬件升级、拥有高可靠性的热插拔升级，且不存在着单点故障。集群化的XtremIO X2阵列中各个X-Brick可以拥有不同存储容量；集成了VMware VAAI、VMware多通道I/O支持，数据分卷能够夸整个系统；拥有丰富的数据保护功能。
XtremIO X2全闪存阵列将数据分为4KB的散列块，这些4KB的散列块完全打散，不按照逻辑地址进行排列存储，而是根据物理位置进行安置。如下图所示：
数据天然带有指纹hash，这也是XtremIO X2实现重复数据消除的基础。
其他一些产品也使用了类似策略，但是其数据存储方式一般都是基于逻辑地址，时间久了之后不可避免的就会产生磁盘碎片化，从而对性能产生影响。XtremIO全闪存阵列的策略则是将数据彻底的打乱完全碎片化，基于4KB的数据块通过指纹来识别、存储、管理等。一方面可以实现全局磨损均衡，另一方面可以让重复数据消除变得非常容易。
XtremIO的数据保护机制XDP，通过双阶数据引擎避免了RAID5、RAID6的写放大外，达到了RAID6的保护效果。
说说Scale-Out架构与全闪存
分布式系统的发展有三个技术条件，分别为：高速网络、大容量硬盘、固态介质。这三者彻底解放了分布式系统的生产力。通俗一点说也就是：网络快了、盘容量大了、盘速度快了。
高速网络
高速网络是分布式系统赖以生存的根本，分布式存储系统早在上世纪中后期就已经形成了理论基础，但是一直到近几年，网络的时延和带宽才足以支撑分布式系统架构。
大容量硬盘
为了降低成本，业界兴起所谓软件定义，也就是利用廉价白牌机或者标准的机架服务器，加上分布式存储软件管理层，搭建出软件定义分布式存储系统，与传统的SAN存储系统瓜分市场。
固态介质
而分布式系统的大行其道，极大的促进了固态存储的需求量，因为为了成本考量，分布式系统中每个节点往往不会连接多级JBOD从而靠大量的硬盘形成高并发性能，而是只靠每个服务器自带的少量盘位，加上固态盘来抵消跨网络通信带来的时延增加，形成让传统机械盘系统望尘莫及的IOPS和时延性能。
所以，Scale-Out与固态盘可以说是天然的一对儿，固态存储系统用于Scale-Out分布式系统是非常自然的一种需求。
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