华为OceanStor 5300F, 5500F, 5600F, 5800F, 6800F, 18000F V5 全闪存存储系统
技术白皮书
目录
1闪存的演进及挑战 (1)
1.1SSD 的产生与优势 (1)
1.2SSD 的架构与现状 (2)
1.3当前SSD 在企业级存储阵列使用中存在的问题 (3)
1.3.1针对HDD 设计的存储阵列软件无法发挥SSD 的性能优势 (3)
1.3.2针对HDD 设计的存储阵列软件无法保证SSD 的可靠性 (5)
1.4 华为对SSD 在存储产品中应用的构想 (6)
2华为OceanStor F V5 全闪存存储系统 (7)
3OceanStor F V5 全闪存存储技术原理 (8)
3.1华为在闪存领域的技术储备 (8)
3.2面对未来全闪存数据中心的存储架构设计 (9)
3.2.1华为SSD (9)
3.2.2全新的Smartmatix2.0 架构 (10)
3.2.2.1SAS 3.0 后端全互连 (10)
3.2.2.2缓存持续镜像 (11)
3.2.34S 弹性扩展 (12)
3.2.4华为针对SSD 优化的RAID2.0 技术 (13)
3.2.4.1数据动态负载均衡 (14)
3.2.4.2快速精简重构，改善双盘失效率 (15)
3.3 深度优化的全闪存阵列 (15)
3.3.1 优化IO 流程降低存储阵列的处理时延 (15)
3.4针对闪存架构的增值业务优化 (20)
3.4.1服务质量分级（QoS） (20)
3.4.2虚拟机优化，提升华为全闪存存储效率 (21)
4OceanStor F V5 丰富的企业级特性 (23)
5平滑的迁移到OceanStor F V5 全闪存阵列 (24)
5.1老存储性能优化迁移（SmartMigration） (24)
5.1.1LUN 迁移 (24)
5.2异构迁移 (26)
5.2.1存储异构虚拟化 (26)
5.2.2从异构存储在线迁移到华为OceanStor F V5 全闪存存储系统 (27)
6缩略语表 (29)
1 闪存的演进及挑战
1.1 SSD 的产生与优势
计算、网络、存储是现代IT 系统的基本组成单元。看计算能力，摩尔定律规范着处理
器性能的上升节奏，每18 个月性能翻倍。看网络能力，网络速度以5 年为周期进行着
10 倍速率（10M/100M/1G/10G/40G/100G）的技术更迭。看存储能力，机械硬盘
（HDD）的速度却止步不前，企业级SAS HDD 仅从7200 rpm 增长到15,000 rpm。计算、
网络、存储三种基本资源的性能增速不均衡，造成需要通过大量的HDD 以RAID 组方式
累加，以求得存储性能相对于计算、网络资源的匹配，进而造成了大量存储容量的
浪费、能源的消耗。
固态盘（Solid State Drives），简称SSD。由半导体晶体管（闪存颗粒）替代磁介质构成
基本存储单元，由电子读写操作替代传统硬盘的马达驱动和机械臂寻道，极大降低了访
问的延迟，提高了单位时间内的IO 访问效率。尤其在随机小IO 的读写上，时延由ms
量级下降至100us 量级。下面两个图为不同层次存储介质的访问时延差别，以及
HDD 与SSD 的性能对比。L1\L2\L3 代表CPU 内部缓存层级，DRAM 为内存。相较于
HDD，SSD 的访问时延至少降低两个数量级。
图1-1 不同层级存储介质访问时延
(volatile：易失介质 non-volatile：非易失介质)
1.2SSD 的架构与现状
固态盘（SSD）由控制单元和存储单元（主要是FLASH 闪存颗粒）组成，主机侧接口
与传统硬盘一致。内部单元分为，主机接口（host Interface）、控制器（Processor）、内
存（RAM），闪存颗粒（Flash Package），如下图所示：
图1-2 SSD 架构图
现状：
1.容量在几百GB 到几个TB，16TB 以上的大容量规格逐渐出现
2.单盘IOPS 在100K 以上，高性能盘片可达200K~300K
3.硬盘价格逐渐降低，$/GB 成本目前已经与2.5 寸15K SAS 持平
1.3当前SSD 在企业级存储阵列使用中存在的问题
虽然SSD 的引入、应用切实提升了传统存储阵列的性能，支持更高的IOPS 和更低的
时延，但是，大部分厂商支持SSD 的融合存储产品，依然是面向HDD 而设计的系统，
只是将SSD 作为一种高转速的HDD 进行使用，并未结合SSD 本身的特性进行系统的重
构与优化。由于系统面向HDD 的软件设计，SSD 的性能优势无法最大限度发挥，
SSD 的寿命也没有得到有效的管理。
设计和创造使用大量SSD 的存储系统，需要首先理解SSD 和传统HDD 的不同点，以
及这些不同点对存储架构设计造成的冲击。
1.3.1针对HDD 设计的存储阵列软件无法发挥SSD 的性能优势
1.SSD 100us 量级时延，使得存储阵列系统处理时延的影响无形中放大
IOPS、I/O 并发、I/O 时延之间的关系是：。
一块高性能企业级SAS HDD，4KB I/O 随机访问时延约为5ms。一块SAS 接口SSD，
4KB I/O 随机访问时延约为0.2ms。
如图1-3 所示，假设将一块HDD 和一块SSD 分别接入两台相同配置的主机，然后这
两台主机分别以单并发的压力下发I/O。
图1-3 HDD、SSD 直接与主机相连
图1-3 左侧为HDD，其IOPS 为1 / 5ms = 200 IOPS。
