金融业融合存储发展趋势研究

(国家开发银行信息科技局 北京 100037)

金融业融合存储发展趋势研究

涂畅

(国家开发银行信息科技局 北京 100037)

本文针对金融业存储技术发展中面临的问题，提出了运用融合存储技术来满足应用系统性能需求和架构高可用性的解决思路，并对相关技术进行了分析和验证，相关方案对银行OLTP类系统性能有较大提升，同时达到了成本可控的目标。

金融业;存储;架构高可用;性能

随着金融市场的不断开放，中国金融业将面临越来越开放、竞争越来越激烈的市场环境，面对业务发展对IT建设的挑战和考验，越来越多的新技术、新产品逐步在金融行业投入商用，其中以数据存储尤为明显。

一、存储概述

(一)概述。存储技术作为信息技术的核心之一，一直推动着IT业各方面技术的协同发展，是当今IT领域中少数发展最为迅速的热点之一。

(二)存储介质分类。存储硬盘主要分为机械硬盘(HDD 传统硬盘)和闪存盘(包括常见的SSD固态盘，下文以SSD盘代指闪存盘)两种。

HDD机械硬盘自1956年诞生至今已近60年，体积最小化、容量最大化就是它的终极目标。SSD固态硬盘诞生于1989年。基于闪存的固态硬盘是SSD的主要类别，其最基本的配件就是控制芯片、缓存芯片和用于存储数据的闪存芯片，其成本和容量主要受限于生产工艺。

(三)存储介质优缺点分析

1.访问速度方面。HDD数据的访问，需要依靠磁头定位到旋转磁盘，在物理上，磁盘运转速度是有限制的(最高转速15,000 RPM)。SSD使用电信号，由于消除机械部件限制，SSD的性能优势极为明显。

在大文件顺序读写方面，SSD最高读写速度可达500M/秒。其中，读取速度达到400-600M/秒，写入速度同样可以高达200M/秒。对于1G的文件，SSD盘只需几秒就可完成读取。而HDD硬盘读取速度极限却无法超越200M/秒，写入速度也很难突破100M/秒。

在小数据块随机读写方面，SSD最高处理速度可达20,000 IOPS(每秒处理的I/O请求数)。其中，读请求处理速度达到15,000-25,000 IOPS，写请求处理速度同样可以高达10,000-15,000 IOPS。对于10万次交易的批处理任务，SSD盘只需几秒就可以完成。而HDD硬盘的处理极限却无法超越250 IOPS，写请求处理速度也很难突破200 IOPS。

2.数据安全方面。HDD硬盘是通过磁头读取盘片来完成数据读写的，在高速旋转过程中盘片和磁头碰撞更容易造成数据受损，运输过程中也容易造成盘片受损造成数据丢失。而SSD盘没有盘片，只要其芯片不受到外形挤压产生形变，数据就能获得安全的保存。因此，SSD盘比HDD硬盘的安全性更高。

3.经济价格方面。目前，SSD盘的价格一般是HDD硬盘的2-3倍。但是随着摩尔定律的不断发展，SSD盘闪存颗粒密度会越来越大，则存储量越来越高，将来的价格也会越来越低。可以预见，SSD盘取代HDD硬盘势在必行。

(四)存储介质组成结构。闪存盘虽然与传统机械盘采用不同的存储技术，但两者的内部结构确实相似的，均由控制芯片和存储介质两部分组成。

闪存盘的控制芯片通常为ASIC芯片，除了常规的通讯和数据分布以外，还需要负责闪存介质(NAND颗粒)的磨损均衡，数据回收擦除等工作。因此，闪存盘的控制芯片较传统机械盘的控制芯片要求更高。控制芯片的设计也往往决定了闪存盘的性能及寿命。

随着闪存技术的不断发展，以及制造工艺的不断提升，闪存介质(NAND颗粒)的类型也种类繁多，采用不同的NAND颗粒技术同样会影响到闪存盘的性能及寿命。

目前，各主流存储阵列厂商所选用的闪存盘大多为标准SSD盘，由Intel、Samsung、Toshiba、SanDisk等厂商制造，其内部控制芯片通常为单核ASIC。

而一些具有技术优势的厂商则会自行生产非标准闪存盘，通常会采用多核ASIC作为控制芯片，其数据读写速度更快、寿命更长，并且还可以利用多核的优势实现一些特殊的功能，如高压缩比等。

以下内容，来自于某闪存测试后形成的测试报告：

“如截图显示，三次导入的总数据量为15.24TB，闪存盘的压缩操作帮助节省了9.17TB空间，节省空间比例(Saving Rate)为9.17/15.24=60%。因此压缩比为1/(1-60%)=2.5:1。

二、金融业融合存储的发展

纵观来看，融合存储发展大致经历三个主要阶段：

(一)传统存储阵列的闪存加速。一般利用存储阵列的数据块自动分层技术，配合部分SSD盘，以相等成本提供比单独HDD更高的性能。但是这种应用需要一个良好的算法来均衡数据是位于SSD还是HDD，并将消耗更多的性能。同时，这种技术还存在较大的数据安全风险。

(二)新兴全闪存阵列。如果只看重性能，全闪存阵列可提供极致的性能，但是其缺点也非常明显。这种新兴的全闪存阵列多为一些初创公司所设计，如XtremIO、Violin、Solid-Fire等，这种磁盘阵列不支持传统磁盘，其设计初衷均为全闪存思路，在闪存优化方面的确做出了一些贡献。

(三)融合存储阵列。融合存储阵列，是一种深度整合闪存和机械式硬盘，利用“闪存为先”的设计理念以及相关数据读取效率技术来降低企业成本，通常具备特殊的闪存优化算法，可以为企业提供一站式数据存储的解决方案。

三、金融业融合存储的应用

(一)融合型存储架构。融合型磁盘阵列通常是由传统磁盘阵列发展而来的，由于要兼顾传统机械式磁盘和闪存的特点，其产品架构与传统磁盘阵列相似，可分为双控制器，多控制器(又分为松耦合互联和紧耦合交换两种方式)(如下图)。

融合型存储架构图

(二)融合存储应用分析。融合存储最大的优势就在于高性能。闪存盘的加入，以及存储控制器针对闪存盘所做的优化，能够非常明显的提升存储处理速度，尤其是针对OLTP类的核心应用系统，数十块闪存盘的性能就可以轻松超过数百块传统机械盘的性能。

[1]《银行业应用安全可控信息技术的影响及对策分析》，季毅，《金融电子化》2015年第4期

[2]《新一代数据中心的建设关键》，吴永飞等，《金融电子化》2016年第2期

[3]《数据中心分层存储技术探究及实践》，金斌、刘礼加，《中国金融电脑》，2016年第6期

涂畅，男，汉族，湖北仙桃人，硕士研究生，国家开发银行信息科技局，服务器存储运维管理。