浪潮全固态存储如何优化MASP架构的SSD优化写入机制？

SSD写放大，是影响固态存储性能发挥的关键。浪潮固态存储HF5000的MASP架构，通过顺序化条带技术，给出了SSD写放大的正解。

当前存储介质正经历着一场空前巨大的变革。存储介质正在从机械式磁盘转向固态介质，而固态介质本身也在快速变化发展。固态介质泛指各种无机械运动的电子存储介质，包括我们目前常见的Flash NAND闪存介质以及相变存储等其它发展中的存储技术。在目前比较成熟的SSD技术当中，又有SLC，MLC，TLC，3D V-NAND，Xpoint等多种不同的技术。固态介质由于取消了机械操作的部分，所以随机读写的速度有了质的飞跃。当然固态介质不是万能的，比如SSD的写放大，就在一定程度上影响了整个存储系统的性能；浪潮全固态存储HF5000通过优化MASP架构的写入机制，降低了写放大的影响，提升了整个阵列的性能。

遭遇SSD写放大 读写性能如何优化？

在HDD上，数据可以直接覆盖，所以逻辑地址和物理地址是一一对应的，不会变更。但SSD硬盘受限于Flash NAND的读写特性，数据不能像在机械硬盘里那样被直接覆盖，必须先擦除才能改写(编程)，而且数据写入和擦除的最小单位不同；读写以Page (页)为单位，擦除以Block（块）为单位，通常的Page Size(页大小)是4KB，而擦除最小单位是Block (块)，一般包含128个Page，即512KB，使得在执行写入和改写操作时，需要将原有不需改写的若干Page数据加以移动(或重写)，以满足擦除的最小单位Block，这些多余的对无关Page的读写操作增加了数据的访问量，即写入放大，减少了闪存盘的使用寿命，极大地影响了闪存盘的性能。

传统存储系统的初衷往往是针对HDD设计的，那么如果直接在传统磁盘阵列上配置SSD时，又会造成什么样的影响呢？当一个Block中有1个4KB的数据更新（D1→D1'）和一个4KB的数据块删除(D3)时，系统要将整个可擦除块的数据读到缓存，在缓存里更新整个数据块，擦除块，再把更新后的数据写入新擦除过的块。整个数据操作流程带来的实际后果是，虽然只需要写4K的数据、删除4K的数据，但这两个简单的更新操作，实际却造成了整个块（共512KB）的读出和写入操作，读写操作一共放大了128倍，从而形成写放大，影响SSD寿命。并且需要读取、缓存更新、擦除、写入4个操作步骤才能完成，造成延时大大增加，影响SSD性能。

写放大影响固态存储性能

数据条带化，浪潮HF5000的创造性优化

针对于SSD介质的特性，浪潮HF5000-F存储系统从设计之初就进行了创造性的优化，采用MASP架构（Multi-layer Accelerated Sequential Polymeritio，多级加速顺序化聚合架构），利用日志式文件系统，对随机不同大小的应用数据进行顺序化整理，转换成一个顺序的条带，当该条带达到最优尺寸（即每块SSD写入一个可擦除块的512KB数据），就将数据顺序、完整地写入后端SSD盘中。

浪潮全固态存储HF5000

整个的写入数据过程只需三步：首先，主控制器NVDIMM收到写请求，与备控制器NVDIMM镜像，完成后返回主机，告知写完成；第二步，写数据在内存中进行在线重复数据删除和快速压缩，组成条带；最后，每个条带被整理成10MB，然后一次性下刷到RAID组中（RAID组中的24块盘逻辑上可以看做20块数据盘+3块校验盘+1块热备盘，10MB分到每个数据盘上正好是512KB，与SSD的擦除块大小一致，从而实现最大的写入效率）。

让我们再来与传统SSD做一下对比，当一个Block中有1个4KB的数据更新（D1→D1'）时，更新的数据块会随着新写入的数据进行顺序化整理，跟着整条带在新位置追加写入，无需额外的读写操作，无写放大，不影响SSD性能和寿命。

MASP架构可优化SSD性能

MASP的优势

除了可以针对SSD技术优化、降低写入放大之外，浪潮MASP架构还有哪些优势？

其一：NVDIMM日志保障数据安全

采用日志式文件系统，写入数据的日志信息存放在非易失NVDIMM中，保障意外掉电场景下的数据安全，只要有NVDIMM中的日志在，即使数据损毁了，仍然可以通过日志回滚的方式恢复数据；

其二：NVDIMM加速提供更高写性能

利用NVDIMM相比普通DDR4更高的相应速度，为后续的数据顺序化整理带来时间，借助CPU的处理能力，提升写性能，降低写入延时，可以保障系统的写性能与读性能一致，弥补由于SSD介质本身读写性能的落差；

其三：在线重删＋压缩，提高空间使用效率

在用户数据写入SSD存储层之前，进行在线重复数据消除操作，该过程将伴随后续的在线数据压缩操作，共同起到提高空间使用效率的作用。

原文发布时间为：2017年1月20日

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