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基于磁盘的冷数据存储系统
发表于:2018-08-28 浏览396次 |
磁盘系统硬件能力的提升主要取决于磁盘材料的驱动,其重点在于降低磁盘运行能耗、提升存储密度,典型的硬件技术进展包括以下方面。
(1)氦气密封式硬盘:磁盘是包含了碟片、磁头等设备的封闭空间,利用密度仅为空气1/7的氦气对磁盘内腔进行密封,有助于减小碟片转轴上的阻力,碟片转动时消耗的能量比传统磁盘降低20%左右,运行时温度也比传统磁盘低4~ 5℃。同时,氦气阻力的降低也减少对碟片、磁头的冲击,使碟片及数据轨道可以靠得更近,为减小磁盘碟片厚度创造了条件,在同样规格的驱动器内腔中可以容纳下更多的碟片。
(2)PMR垂直磁记录:磁盘容量指标的提升主要受限于磁盘的存储密度,垂直磁记录将磁记录单元垂直排列,并新增软磁底层来加大相邻粒子的磁耦合,有助于在保证记录质量的同时提高存储密度。避免传统的水平磁记录中,因为每个存储位的磁极粒子平铺在平面上,其高密度排布加大磁极粒子的相互排斥与干扰,进而影响磁盘运行的稳定性问题。
(3)SMR叠瓦式磁记录:垂直磁记录技术的发展促进了叠瓦式磁记录技术的诞生。作为新一代存储技术,叠瓦式磁记录使存储介质的结构发生质的变化,它采用类似于屋顶层叠瓦片的重叠磁道机制,重新调整数据存储的方式,有效提高磁道密度和单位面积存储密度,将磁盘碟片的存储密度提升近25%。
(4)HAMR热辅助磁记录:热辅助磁记录利用铁磁介质的温度对磁化的影响,采用加温的方法改善存储介质的写入特性。该技术可以将数据储存在稳定性很高的磁体媒质(例如钛铂合金)上,进而实现比常规或叠瓦式磁记录磁盘更高的存储密度。
综上所述,材料科学正在推动磁盘向高容量、低成本的方向发展。当前,业界还关注磁盘的运行稳定性、寿命延长等关键问题的研究,以进一步提升磁盘在存储领域的竞争力。
为了满足海量数据存储需求,存储系统需要将多块磁盘整合为一体化的存储资源池,并提供必要的存储容错能力。
磁盘阵列(Redundant Array of Independent Disk,RAID)是此前常用的磁盘系统,它是由众多独立的磁盘按照不同的方式组合而成的容量巨大的磁盘组。其中,组成磁盘阵列的不同方式被称作RAID级别,不同的RAID级别能够提供不同的存储性能和数据冗余能力。磁盘阵列技术将多个磁盘组织在一起构成一个逻辑卷提供跨磁盘存储能力,数据可以被划分为多个数据块并行写入/读出到多个磁盘以提高访问磁盘的速度,并通过镜像或校验操作提供容错能力,因而在容量、性能、可用性等方面存在优势。但是磁盘阵列的问题在于其设备专用化导致架构封闭,不同厂商、型号的设备间互操作性差,而且价格较高,影响系统的兼容性和扩展性,难以满足冷数据存储的海量、低成本需求。
随着分布式软件中间件技术的发展,分布式存储正在成为存储领域的发展方向。分布式存储利用x86服务器作为存储节点,通过软件将多个节点上自带的磁盘存储资源整合为统一的资源池,对外提供存储服务。分布式存储系统依托于标准化架构的通用服务器设备,而无需引入专用设备,有利于成本的降低和互操作性的提升,在扩展性方面具有优势。同时,分布式中间件能够在软件层面消除通用服务器在可靠性等方面的不足,例如通过数据多副本冗余的方式提升数据的可用性,并在存储节点间进行自动的负载均衡。分布式存储系统能够提供文件、对象、块等多种类型的数据访问接口,其数据多副本机制还有助于支持数据的并行读写,有效提升数据的访问性能。因此,分布式存储日益成为核心存储系统,在当前的大数据等创新领域发挥重要作用。
分布式存储较好的在成本、容量、性能等方面进行权衡,是当前用于冷数据存储的较优方案。与价格高昂的磁盘阵列相比,分布式存储的低成本源于它构筑在标准硬件存储基础设施之上,只需要普通的x86服务器和SATA硬盘,而无需采用 RAID和存储交换机就能够提供足够的性能和可靠性;与只支持离线数据访问的磁带相比,分布式存储能够保证存储在其中的数据被近线/在线访问,满足大数据等新兴业务对部分冷数据进行偶发存取的性能要求。当前,分布式存储系统还在持续发展中,压缩、去重等有助于降低存储资源消耗的技术被广泛应用,利用基于纠删码(Erasure Coding,EC)的数据容错技术降低多副本冗余存储造成的资源占用是重要发展方向。
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