Почему FusionIO такой классный?

Введение

На протяжении многих лет индустрия технологий хранения развивалась устойчивыми и последовательными темпами. Одним из нововведений последних нескольких лет является широкое внедрение твердотельных накопителей. Технологии твердотельной памяти могут охватывать все, от вашего iPod до жесткого диска вашего компьютера. Использование твердотельной технологии в устройстве хранения может обеспечить значительный прирост производительности; однако этот прирост производительности часто ограничивается тем, как устройство хранения данных подключено к ЦП компьютера. В этой статье я сделаю обзор технологии твердотельных накопителей и объясню, как инновации (в частности, инновации Fusion IO) уменьшают некоторые из этих ограничений.

Преимущества твердотельных накопителей

Твердотельные накопители по определению не имеют движущихся частей. Этот факт является большой частью преимуществ твердотельных накопителей. Во-первых, поскольку в них нет движущихся частей, твердотельные накопители менее хрупкие, чем традиционные жесткие диски, которые часто могут иметь проблемы, вызванные пылью и другими мелкими частицами. Хрупкость жестких дисков также связана с тем, что чем больше деталей, тем больше шансов, что что-то пойдет не так. Еще одним преимуществом твердотельных накопителей (в некоторых приложениях) является их бесшумность. Конечно, тишина прерывается, если используются охлаждающие вентиляторы (не то, чтобы привод перестал молчать, это вентилятор, который бы не молчал). В-третьих, и основная причина, по которой твердотельные накопители быстро приобрели популярность на рынке бытовой электроники, заключается в том, что они не перевернуты, накопитель может находиться в любом положении и фактически может довольно резко двигаться во время операций чтения и записи. без эффекта.

Кроме того, поскольку в твердотельном накопителе нет двигателя, нет необходимости в питании двигателя, что снижает мощность, необходимую для выполнения операций чтения и записи. Отсутствие двигателя также приводит к более быстрым циклам чтения и записи, поскольку всегда существует задержка между моментом, когда двигатель получает свою мощность, и моментом, когда он может двигаться. Традиционные жесткие диски часто имеют задержку чтения около 10 миллисекунд, в то время как твердотельные накопители уменьшают эту задержку чтения примерно до 50 микросекунд; значительное улучшение. Хотя все эти преимущества желательны в различных приложениях, в приложении корпоративного уровня на самом деле заслуживают внимания только три из этих преимуществ; повышенная надежность, снижение энергопотребления и увеличение производительности чтения и записи.

Подключение к ЦП

Хотя твердотельные накопители действительно обеспечивают значительное увеличение производительности чтения/записи, это увеличение ограничено тем, как накопитель подключен к ЦП, который управляет процессом чтения и записи. Давайте немного вернемся сюда, чтобы немного рассказать об инновациях, наблюдаемых в способе подключения жестких дисков к ЦП. Важным периодом в эволюции жестких дисков были 1980-е годы. Именно тогда впервые стало популярным отделять контроллер жесткого диска от материнской платы и хранить его вместе с жестким диском. До этого момента материнская плата должна была иметь контроллер жесткого диска, который был достаточно универсальным, чтобы работать с любым жестким диском. Когда контроллеры жестких дисков были отделены от материнских плат, они стали частью жесткого диска, что позволило производителям жестких дисков создавать устройства, какие они хотели, при условии, что они также предоставили надежный контроллер жестких дисков. Когда произошло это разделение, больше не было необходимости иметь жесткий диск рядом с материнской платой; имело смысл разместить его в обычном отсеке и использовать разъем для подключения к материнской плате. Этот оригинальный интерфейс для этих подключений был разработан Western Digital и назван интерфейсом Integrated Drive Electronic (IDE). Это было началом двух десятилетий инноваций в области подключения жестких дисков к материнской плате и процессору. На самом деле, термин IDE до сих пор широко используется.

Также в 1980-х годах было второе поколение персональных компьютеров IBM; IBM АТ. AT расшифровывался как Advanced Technology. У этого компьютера была материнская плата, которая использовала шину AT (эта AT также означала Advanced Technology). Эта архитектура материнской платы была быстро принята многими производителями компьютеров в качестве отраслевого стандарта. Вскоре интерфейс IDE развился для поддержки этой шины AT и был переименован в ATA или Advanced Technology Attachment.

Рис. 1. Разъемы PATA и SATA предоставлены www.tomshardware.com

В то время как интерфейс ATA действительно развивался, следующий значительный этап его развития произошел только в 2000-х годах, когда был представлен Serial ATA или SATA. Это привело к тому, что интерфейс ATA был задним числом переименован в Parallel ATA или PATA. Преимущества SATA были значительными, одним из значительных преимуществ был расширенный интерфейс хост-контроллера SATA или AHCI. AHCI обеспечивает две очень важные возможности; горячая замена и собственная очередь команд.

Под заменой хоста понимается возможность подключения жесткого диска SATA без выключения компьютера, подобно тому, как USB-накопитель можно подключать и отключать, не выключая компьютер. Это может показаться не таким важным, когда речь идет о персональных компьютерах, но в корпоративной системе возможность замены дисков без отключения сервера во многих случаях важна.

Фигура 2:
Графика собственной очереди команд предоставлена www.wikipedia.com

Встроенная организация очереди команд — это возможность, полезная для всех приложений. Встроенная очередь команд означает, что контроллер AHCI может переупорядочивать команды чтения и записи, которые он получает, чтобы достичь максимальной эффективности с точки зрения движений головки привода. Например, если AHCI получает три команды чтения, первая команда требует, чтобы головка диска находилась в определенном положении, вторая команда чтения требует, чтобы головка диска повернулась на 180 градусов, а третья команда требует, чтобы головка диска переместилась назад, близко к тому месту, где она находилась. было во время первого чтения, это приведет к потере большого количества времени на перемещение головки привода. Таким образом, с собственной очередью команд AHCI будет выполнять команды чтения 1 и 3 перед выполнением команды чтения 2, что приведет к значительному увеличению производительности, когда операция может включать несколько тысяч команд.

Fusion-IO и соединение PCIe

Хотя SATA стал важной вехой в эволюции дисков IDE, была одна компания, которая сделала шаг назад и посмотрела на всю архитектуру компьютера в ее нынешнем виде и спросила: «Почему?». Почему в жестких дисках до сих пор используется технология, разработанная на основе технологии 1980-х годов? Несмотря на то, что диски SATA могут обеспечивать пропускную способность до 6 ГБ / с, это не включает мост, необходимый для перемещения данных с интерфейса PCIe на интерфейс SATA, что увеличивает задержку. Почти все другие аспекты вычислительной техники претерпели значительные изменения, за исключением этой области, которая существенно влияет на производительность компьютеров, использующих тысячи и тысячи циклов чтения и записи.

FusionIO сделал что-то умное. Действительно умный. Они отвернулись от интерфейса SATA/PATA/AT/IDE, в котором так много встроенной обратной совместимости, и подумали о том, как можно подключить жесткий диск к материнской плате наиболее эффективным способом. Они решили подключить свои твердотельные накопители напрямую к интерфейсу PCIe. Это устранило бы необходимость соединять два интерфейса и привело бы к гораздо более прямому подходу. В результате производительность многих тяжелых операций чтения/записи может быть удвоена.

На момент написания этой статьи на веб-сайте FusionIO была размещена отличная статья об опыте www.answers.com в использовании технологии FusionIO. Хотя этот опыт, очевидно, представлен для того, чтобы представить FusionIO в лучшем свете, он также содержит много полезной информации и действительно демонстрирует преимущества, которые крупные организации могут увидеть в своих центрах обработки данных при использовании технологии FusionIO. Я рекомендую вам прочитать эту статью, чтобы начать свой роман с FusionIO.