3.4 全Flash架构分析

随着摩尔定律的推进，Flash介质凭借高性能进入企业存储领域。Flash介质的特性和传统硬盘完全不同，需要全新的设计，以发挥闪存的全部性能潜力。不同的存储厂家推出不同的架构。

3.4.1 IBM FlashSystem软件架构

FlashSystem的Flash存储组件是一种专有硬件架构，I/O数据路径由FPGA完成处理，性能高但特性很少，对介质的寿命要求高。

在实际应用时，一般需要和IBM SVC存储虚拟化软件配合，提供完整的存储特性。SSD存储组件提供持久化存储能力，SVC虚拟化软件提供存储特性。此时虚拟化软件本身容易成为性能瓶颈。这种架构下难以支持在线重复数据删除特性（见图3-13、图3-14）。

3.4.2 XtremI/O架构

XtremI/O采用基于服务器的Scale-out架构，最多支持8个X-Brick节点，节点间通过RDMA Fabric互连。在软件实现上为全闪存进行重新设计，支持在线重删、压缩、瘦分配等特性。节点间数据/元数据Hash打散分布，负载分担（图3-15）。

XtremI/O运行基于linux的XIOS软件系统，XIOS运行在用户态（图3-16）。

系统分为数据面和管理面两大部分。

（1）数据面

R-Routing：负责前端I/O处理，包括I/O数据拆分，指纹计算；每一个节点运行一个R模块。

C-Control：负责LBA地址到Hash指纹映射表处理（A2H），以及高级数据服务，如快照、重删、Thin Provision。

D-Data：负责Hash指纹到物理地址映射表处理（H2P），以及所有下盘操作，包括XDP。

（2）控制面

P-Platform：负责系统硬件管理，每一个节点运行一个P模块。

M-Management：负责系统配置，接收来自XMS的配置命令，每个节点运行一个M模块，其中一个处于活动状态。

L-Clustering：负责集群管理，每个节点运行一个L模块。

读流程如图3-17所示。

写流程如图3-18所示。

XtremI/O软件上为闪存所做的主要优化为：基于双阶元数据引擎的在线重复数据删除，XDP数据布局，共享式全内存元数据。通过元数据全内存提供稳定的处理时延，同时也制约了每个控制器可以管理的介质容量，单节点容量不大，容量扩充通过扩展X-Brick来实现。

3.4.3 PureStorage架构

PureStorage采用Scale-up架构，软件为全闪存专门设计。其软件架构可以分为介质管理（Purity Core）、存储服务（Purity Services）、管理三层，如图3-19所示。

介质管理：负责处理适配Flash块大小边界布局、全局磨损平衡、数据布局持久化、读优先处理、介质故障处理等，为服务层提供一个高性能的、可靠的虚拟化资源池。

存储服务：在存储池上提供的数据缩减（重删、压缩、瘦分配）、数据保护、数据恢复等服务，实际提供用户可用的存储特性。

管理：本地存储管理，应用生态对接，云支持。

PureStorage在软件上的主要特性为使用基于NVRAM的大日志式Cache来完成掉电保护、汇聚数据顺序写，减少写放大，从而可以使用较为廉价的cMLC介质，降低成本（见图3-20）。