蓝光存储基本结构蓝及优缺点

reasonant-j

我们一般接触到的存储是机械硬盘HDD或固态硬盘SSD，其实还有磁带库、蓝光等海量存储介质，比如Facebook数据中心就采用了蓝光存储

一个DA-BH7010蓝光存储机柜最大容量为1.64PB，机柜的基本结构如下图，上面是6个6U的光盘单元，最底下是电源和控制服务器。

蓝光存储基本结构

看看蓝光存储的基本结构，如下图，左边是光盘匣，右边是光驱阵列，下面是机械手，最后以SAS接口连到服务器，包含了RAID和机械手控制器以及驱动。

上层系统

以各光盘匣为单位进行管理→容量为3.6TB

将光盘匣分为2组（6张碟片为一个单位），送入光驱

光驱系统，6台光驱为一组，使用RAID0/5/6，刻录读取数据

【特点】

以光盘匣为单位进行数据的刻录、读取。

可以保证高传输速度、RAID冗余、离线管理等。

刻录数据较大时，可以使用Reed-Solomon。数据小时，因为在传输速度上没有优势，所以采用方案1的方式，光驱的效率更高。

【优势/不足】

以光盘匣为单位管理数据。使用RAID保护数据。可以进行离线管理。

若要实现设备间的冗余，需要镜像处理，所以系统成本提高。

另一种模式就没有RAID了，光驱分别控制。

上层系统

以各碟片为单位进行管理→容量为300GB

根据需要，将碟片送入光驱

以光驱为单位进行控制、数据的刻录与读取

【特点】

以碟片为单位进行数据的刻录、读取。虽然能够有效的使用光驱，但是传输速度下降。

Reed-Solomon分割的数据，刻录在不同的碟片中。

各碟片放置在不同的机柜中，即使设备本身出现问题，也能正常读取数据。

如果各碟片放置在不同的数据中心，即使一个数据中心出现问题，也不影响数据的正常读取。

【优势/不足】

可以实现设备间冗余，数据中心间冗余。

因为搭载多个光驱，文件大小可以满足多个用户同时访问的要求。

离线管理困难。

最后一种模式是最上层做成NAS、对象存储。

上层系统

以卷为单位进行管理→容量可调

将光盘匣分为2组（6张为一个单位），分割至每个卷使用

采用NAS、Object Storage的刻录读取方式，可以进行文件的访问

【特征】

有NAS、对象存储等接口，与现存系统的连接性高。可以与普通的ISV相连接。

因为以光盘匣为单位进行数据的刻录、读取，可以保证高传输速度、RAID冗余、离线管理等

【优势/不足】

以光盘匣为单位管理数据、使用RAID保护数据、可以进行离线管理。

若要实现设备间的冗余，需要镜像处理，所以将提高系统成本。

Facebook蓝光存储

facebook是世界上最大的图片分享网站

2013年活跃用户的数量达到11.5亿人，每天上传照片数量超过3.5亿张

2015年活跃用户的数量超过15亿人，单日使用量突破10亿人次

facebook保存了数目庞大的照片数据

目前累计上传照片数量超过6000亿张

对于每张照片，facebook存储大小不同的四个版本（在某些场景下只需展示缩略图）

意味着：facebook服务器上存储着2.4万亿张照片

下图是社交网站图片的访问频率随时间的变化趋势，刚上传后访问频率最高，后面逐渐降低，一年后就成了偶尔访问。存储介质也是分级存储，从全闪存、SSD到HDD、光盘。

facebook保存大量图像数据。为了满足实时性要求，在Hadoop系统上保存图像数据。

作为Hadoop发生故障时的候补，在光存储系统上存储Hadoop的备份。

为了提升备份效率，使用Reed Solomon符号在光盘上分散记录。

Facebook最终采用了蓝光光盘作为冷存储介质：

用户照片等数据需要长期保存,现有介质成本高、可靠性低

与硬盘相比整体成本削减50%以上 [成本包括：设备成本、能耗成本、网络成本、机房成本、人员成本、运营成本]

耗电量降低80%以上 [光盘库工作功耗远低于硬盘，且不需要空调冷却系统——光盘库工作能耗为88W,采用外部空气过滤系统替代空调冷却系统]

异地备份方案

在冷存储更新频度低的前提下，地理上分离的多个场所间作数据冗余

以冷数据为对象搭载异地备份（Geo Replication）功能

由于有数据中心间的冗余功能，数据中心内的冗余设备废止（２系统供电、UPS、自备电源、回路２重化、防震构造等），数据中心大幅降低成本，在这个基础上云服务成本大幅降低

facebook已在Prineville的Forest City进行商用，Google已在Spanner上实现

异地备份使可用性和吞吐量性能同时实现

蓝光存储的未来

先看看蓝光存储技术路线图，2023年单盘可以到几TB容量。

未来的光存储技术还有：

全息光存储技术（美国InPhase,日本日立、NHK)；InPhace 1.6TB/盘；日立2TB-8TB/盘

双光束超分辨技术 (澳大利亚 顾敏院士，武汉光电国家实验室）

实验装置水平：可实现单盘15TB容量

最新实验结果：9nm特征尺寸 理论上可达单盘 1PB

2 o5 A% o8 n* ^! M( }6 W$ b. i

srilri2

数据小时，因为在传输速度上没有优势，所以采用方案1的方式，光驱的效率更高。