在存储系统中集成SSD固态硬盘的四大方案

在存储系统中，采用传统机械硬盘（HDD）时，通常面临两个突出瓶颈：较高的访问延迟和较低的每秒输入输出操作次数（IOPS）。而随着固态硬盘（SSD）的应用日益广泛，其核心挑战则转向了如何有效突破容量限制。

若简单地将所有硬盘替换为SSD，存储系统很可能遇到新问题。StorageIO集团的高级分析师Greg Schulz指出：“存储控制器正在逐步适配固态硬盘，但系统到底能支持多少块SSD？用户应当充分听取厂商的建议。”

目前，在存储系统中集成固态硬盘主要有以下四种常见方案：

1. 直接增配固态硬盘以替换传统硬盘

这是最便捷的扩容方式之一，可通过光纤、SATA或SAS接口添加SSD。尽管部署前需进行大量严格测试，但供应商通常会提供相应支持，用户操作起来相对简单。该方案的两个主要缺点是：数据无法自动从传统硬盘迁移至SSD，以及存储控制器本身的性能可能成为瓶颈。尽管如此，包括EMC、IBM、惠普、日立数据系统（HDS）等多家主流存储厂商都提供了固态硬盘选项。早期多数厂商选用STEC的企业级SSD，而希捷等公司也正进入该领域，市场竞争格局正在发生变化。

2. 在存储控制器中使用NAND闪存作为缓存

NetApp和Sun（现为Oracle）采用将NAND闪存作为缓存的技术，以缓解数据在SSD和HDD之间迁移的难题。这一方法改变了存储架构，一定程度上打破了对SSD数量的限制，同时不仅提升了SSD的性能，也显著改善了前端传统硬盘的响应速度。

NetApp推出的性能加速模块（PAM），可插入设备的PCI Express插槽。每个控制器最多可安装5个模块，早期提供80GB缓存容量，后续计划推出512GB的高密度版本。Sun则在其Storage 7000统一存储系统中使用闪存，该系统基于x86平台和Solaris操作系统，并采用ZFS文件系统管理DRAM缓存、SSD及HDD组成的混合存储池。ZFS使用固态硬盘作为读写缓存，扩展了基于DRAM的缓存（如L2ARC），容量可达数百GB，从而显著减少物理磁盘读取次数。据Sun称，该架构可支持高达80万IOPS。

3. 在服务器端部署NAND闪存

Sun的存储方案虽为独立系统，但其思想也影响了服务器端闪存的应用。Fusion-io公司首席技术官David Flynn曾比喻：“就像L2缓存扩展了CPU内存、DRAM扩展了L2缓存一样，闪存可用于扩展DRAM。”该公司专攻服务器闪存卡方案。Sun的Cornwell也认同该方向，认为“闪存正在改变服务器架构，下一代服务器将普遍采用闪存扩展DRAM缓存。”

4. 采用全固态硬盘阵列

部署纯SSD存储阵列可规避多级存储的复杂性问题。Texas Memory Systems是该领域的先驱，提供基于DRAM和NAND闪存的SSD阵列，并以RamSan系列产品直接销售或通过OEM供应。然而，此类阵列成本较高，与其他存储架构的兼容性面临挑战，且在不同存储层级（尤其是全闪存与混合阵列）之间的数据迁移仍是一大难题。

作者：乐骐科技（深圳）有限公司