آرایه تمام فلش یا AFA چیست ؟

آرایه تمام فلش یا AFA چیست ؟

آرایه تمام فلش AFA

آرایه تمام فلشی (AFA) که با نام دیسک ذخیره سازی جامد یا Solid-State Storage شناخته می شود، یک آرایه ذخیره سازی خارجی (External) است که تنها از رسانه های فلش برای ذخیره سازی پایدار (Persistent Storage) استفاده می کند. حافظه فلش جایگزینی برای درایوهای دیسک سخت چرخان (HDDs) می باشد که سال هاست با سیستم های ذخیره سازی عجین شده اند.

سازندگان آرایه های تمام فلش، معمولا  امکان انتخاب ترکیبی دیسک درایو و حافظه فلش را  برای خریداران فراهم می کنند  تا درون یک شاسی و با یک پیکربندی با عنوان آرایه ترکیبی در کنار هم بکار گرفته شوند و این ترفند نشان دهنده تلاش سازندگان در جهت تغییر آرایه دیسک موجود و جایگزینی تدریجی دیسک ها با فلش می باشد.

طراحی آرایه تمام فلش : ساخت کامل و هدفمند

دیگر سازندگان سیستم های ساخته شده به صورت هدفمند از پایه تا سطوح بالاتر فقط از فلش پشتیبانی می کنند. این مدل ها همچنین طیف وسیعی از ویژگی های ذخیره سازی نرم افزار محور را برای مدیریت داده بر روی آرایه در خود جای داده اند.

یکی از خصوصیات تعریف کننده AFA این است که شامل سرویس های نرم افزاری Native می باشد که کاربران را قادر می سازد تا حفاظت و مدیریت داده ها را به طور مستقیم بر روی سخت افزار آرایه انجام دهد. این مورد با فلش سمت سرور نصب شده بر روی سرور استاندارد X86 متفاوت است. اضافه نمودن یک ذخیره ساز فلش بر روی یک سرور بسیار ارزان تر از یک آرایه فلش می باشد اما همچنین نیازمند خرید و نصب یک نرم افزار مدیریت ثالث به منظور تامین سرویس های داده موردنیاز می باشد.

فروشندگان پیشگام، الگوریتم هایی برای مدیریت داده در سرویس های آرایه محور نوشته اند که شامل کلون (Clone)، فشرده سازی (compression) و حذف فایل های تکراری (deduplication) – چه عملیات خطی (inline-process) یا عملیات پس از پردازش (post-process) – تصاویر فوری (snapshots) و thin provisioning می باشد.

مطابق با همتای دیسک محور خود، یک آرایه تمام فلش، محیط ذخیره ساز اشتراکی (SAN) یا ذخیره ساز متصل به شبکه (NAS) را ارائه می دهد.

چگونه یک آرایه تمام فلش متفاوت از دیسک است ؟

حافظه فلش، که هیچ بخش متحرکی ندارد، یک نوع حافظه غیرفرار است که می تواند در واحدهای از حافظه به نام بلوک ها پاک و برنامه ریزی شود. این یک گونه تکامل یافته از یک حافظه فقط خواندنی، قابل برنامه ریزی و قابل پاک شدن (EEPROM) است که این نام را به خود گرفته است زیرا که واحد های حافظه (blocks) با یک حرکت یا فلش می توانند پاک شوند. یک آرایه فلش می تواند داده ها را نسبت به دیسک درایو های الکترومکانیکی با سرعت بسیار بیشتری به درایو ذخیره سازی جامد و مجدد از آن به محیط دیگری انتقال دهد.

مزیت یک آرایه تمام فلش نسبت به ذخیره سازی مبتنی بر دیسک، کارایی حداکثری و زمان تاخیر کمتر در زمانی است که یک برنامه، پرس جویی را به منظور خواندن داده ترتیب می دهد. حافظه فلش در AFA معمولا به شکل SSD ها می باشد که در طراحی مشابه یک مدار یکپارچه است.

فلش گران‌تر از دیسک های چرخان است، اما توسعه چند لایه سلولی (MLC) فلش، سه لایه سلولی (TLC) فلش NAND و فلش 3D NAND هزینه را پایین آورده است. این فناوری ها فلش هایی با چگالی بیشتر را بدون تاثیرگذاری بر قیمت در کوچک سازی سلول های NAND توانا می سازد.

فلش MLC کم سرعت و کم دوام تر از فلش SLC یا single-level cell می باشد، اما شرکت ها، نرم افزاری را توسعه داده اند که سطح فرسایش یا wear level آن را افزایش داده اند تا برای برنامه های شرکتی و سازمانی مورد پذیرش قرار گیرد. فلش SLC نیز انتخاب برنامه هایی با بالاترین سطح نیازمندی ورودی و خروجی باقی خواهد ماند. فلش TLC قیمت را بیش از MLC کاهش می دهد، هر چند همراه با توازنی میان دوام و کارایی که می تواند به صورت نرم افزاری کاهش یافته باشد به بازار خواهد آمد.

محصولات سازندگان که TLC SSD ها را پشتیبانی می کند شامل سری Dell EMC SC و آرایه Kaminario K2 می شود.

سنجش و بررسی برای خرید آرایه تمام فلش

تصمیم برای خرید یک آرایه تمام فلش، پیچیدگی بیشتری نسبت به مقایسه های ساده دارد. یک آرایه تمام فلش که کارایی را در حجم عظیمی برای مجموعه خاصی از نرم افزارها افزایش می دهد ممکن است که برای سایر حجم‌های کاری چنین بازدهی را ارائه نکند. برای مثال اجرای نرم افزارهای مجازی شده در فلش با حذف داده های تکراری و فشرده سازی به صورت خطی نسبت به فلش هایی که از رسانه جاری (streaming media) در فایل های منحصر به فرد غیرقابل فشرده پشتیبانی می کنند مقرون به صرفه تر است.

یک سیستم تمام SSD تغییرات کوچکتری را نسبت به یک آرایه درایو دیسک سخت HDD در حداکثر، حداقل و میانگین تاخیر ایجاد می کند. این باعث می شود که به فلش مناسبی برای بیشتر برنامه های متمرکز بر خواندن تبدیل شود.

سنجش و سبک سنگین نمودن در پروسه نوشتن قوت می گیرد، که به چگونگی بازنویسی داده ها توسط SSD برای حذف داده های یک بلاک مربوط خواهد شد. حجم‌های کاری متمرکز بر نوشتن نیازمند یک الگوریتم ویژه برای جمع آوری تمام اطلاعاتی که قرار است در همان بلوک SSD نوشته شود، هستند. بنابراین از اینکه برنامه همیشه تغییرات متعدد را در همان بلاک می نویسد اطمینان حاصل کنید.

بازیافت حافظه یا Garbage collection می تواند موضوع مشابهی با SSD را ارائه دهد. یک سلول فلش فقط می تواند تعداد محدودی از دفعات نوشتن را تحمل کند، بنابراین Wear Leveling می تواند به منظور افزایش پایداری فلش مورد استفاده قرار گیرد. بیشتر سازندگان، سیستم های تمام فلش خود را به صورتی طراحی می کنند که میزان بازیافت حافظه و Wear Leveling را به حداقل برسانند. هر چند کاربرانی که دارای حجم فشرده ای از نوشتن هستند، ممکن است بخواهند به طور مستقل یک آرایه را تست کنند تا بهترین پیکربندی مشخص شود.

با وجود پرداخت هزینه های بالای پیش بینی شده برای سیستم، کاربرانی که آرایه تمام فلش را خریداری می کنند خواهند دید که در طول زمان هزینه های ذخیره سازی را کاهش داده اند. این موضوع به استفاده آرایه های ذخیره سازی از پردازشگر ارتقاء یافته وابسته است، به این معنی که شرکت یا سازمان موردنظر به خرید سرورهای کاربردی کمتری نیازمند است.

اندازه فیزیکی یک آرایه تمام فلش از یک آرایه دیسکی بیشتر است و این مسئله خود موجب کاهش تعداد رک های مورد استفاده شده و در نتیجه اشغال رک کمتر موجب تولید گرمای کمتر و کاهش مصرف انرژی سیستم خنک کننده مرکز داده می گردد.

فروشندگان، محصولات و بازار آرایه تمام فلش

در ابتدا فلش متشکل از تعداد اندکی SSD در سیستم های تمام HDD با هدف ایجاد یک ردیف کوچک فلش برای سرعت بخشیدن به چند برنامه مهم معرفی شد. بر این اساس آرایه فلش ترکیبی متولد شد.

مرحله بعدی تکامل با ظهور نرم افزاری رخ داد که SSD ها را به عنوان حافظه نهان برای دیسک سخت به کار گرفته و از مزایای عملکرد سریع تر در تمامی برنامه های در حال اجرا بر روی آرایه بهره مند شد.

Fusion-io از نخستین پیشگامان فلش سریع بود. این شرکت که در سال ۲۰۰۵ بنیانگذاری شد، کارت های PCIe با تراشه های فلش را به فروش رساند. قرار دادن کارت های فلش PCIe در شکاف های (slots) سرور مرکز داده ای را قادر به افزایش کارایی سخت افزار سرورهای قدیمی خود نمود. Fusion-io در سال ۲۰۱۴ به مالکیت SanDisk (که خود نیز توسط Western Digital خریداری شد) درآمد.

اثرات موارد استفاده از آرایه های ترکیبی

افت قیمت فلش، رشد داده (Data Growth) و سرویس های یکپارچه داده، درخواست شرکت ها و سازمان ها را برای آرایه های تمام فلش افزایش داده است. این موضوع موجب شده است تا گمانه زنی هایی با مضمون این که آرایه های تمام فلش می تواند جایگزین آرایه های ترکیبی شود به وجود آید. با این حال هنوز دلایل خوبی برای استفاده از زیرساخت ذخیره سازی ترکیبی وجود دارد.

درایوهای دیسک سخت عملکرد قابل انتظاری را با قیمت نسبتا کمی در هر گیگابایت ارائه می دهند، هر چند که انرژی بیشتری مصرف می کنند و از فلش کندتر هستند، در نتیجه هزینه بالایی را در هر ورود و خروج داده ایجاد می کنند. بنابراین آرایه های تمام فلش هزینه پایین‌تری را در هر ورود و خروج داده به همراه مزایای سرعت و مصرف انرژی پایین‌تر فرآهم می آورد، اما هزینه اولیه خرید و قیمت در هر گیگابایت بالا خواهد بود.

یک آرایه فلش ترکیبی سازمان ها را قادر می سازد تا میان هزینه های نسبتا پایین و عملکرد متوازن انتخابی داشته باشند. تا زمانی که آرایه ترکیبی از درایو های دیسک سخت با ظرفیت بالا پشتیبانی می کند، ظرفیت ذخیره سازی بیشتری نسبت به آرایه تمام فلش در اختیار شما قرار می دهد.

NVMe تمام فلش و NVMe فراتر از محیط انتقال

آرایه تمام فلش مبتنی بر حافظه های سریع غیرفرار (NVMe) فناوری‌های فلش نمایانگر مرحله بعدی بلوغ می باشد. رابط کنترل کننده میزبان NVMe با فعال کردن ارتباط مستقیم برنامه با ذخیره ساز در عقبه سیستم یا Back-End، سرعت انتقال داده را افزایش می دهد.

NVMe به معنای یک جایگزین سریع تر برای استاندارد رابط سیستم کامپیوتری کوچک یا (SCSI) که داده را میان یک میزبان و دستگاه هدف انتقال می‌دهد. توسعه استاندارد NVMe تحت حمایت شرکت NVM Express، یک سازمان غیرانتفاعی است که بیشتر از ۱۰۰ عضو از شرکت های فناوری دارد.

استاندارد NVMe به طور گسترده ای به عنوان پیروز نهایی پروتکل SAS و SATA شناخته می شود. مشخصات ظاهری (Form Factors) در NVMe عبارتند از کارت های افزودنی، U.2 در سایز 2.5 اینچی و دستگاه های SSD M.2.

مکانیزم انتقال NVMe-oF برقراری ارتباط از راه دور میان دستگاه های میزبان و دستگاه های ذخیره ساز NVMe را امکان پذیر می سازد.

آرایه های ذخیره ساز تمام فلش در زیرساخت فراهمگرا

سیستم های زیرساخت فراهمگرا یا HCI، محاسبات، شبکه، منابع ذخیره سازی و مجازی سازی را به عنوان یک دستگاه یکپارچه ادغام کرده است. اکثر محصولات فراهمگرا طراحی شده اند تا از دیسک به عنوان ذخیره ساز (Front-End) استفاده شود که با تکیه بر یک حافظه نهان فلش سطح میانی به منظور سرعت بخشیدن به برنامه ها یا به عنوان ذخیره ساز سرد مورد استفاده قرار می گیرد.

به دلایل مرتبط با عملکرد اکثر آرایه های HCI (زیرساخت فراهمگرا) به طور سنتی برای ذخیره ساز فلش ساخته نمی شدند، هر چند که این سیاست در سال ۲۰۱۷ تغییر یافت.

منبع : Techtarget