【正文】 籍檔案。一、新型存儲介質(zhì)應(yīng)用技術(shù)越快的文件傳輸速度，越短的軟件啟動時間可以有效地提高人們的工作效率。很不幸，這種理想中的存儲器目前在個人電腦上卻很難看到。近年來，隨著固態(tài)硬盤的登場，存儲器的傳輸速度、訪問延遲均得到大幅改善，但由于閃存顆粒的先天技術(shù)特性所致，其主流產(chǎn)品的P/E(編程/擦除)壽命僅有數(shù)千次左右。因此就如開頭所說，現(xiàn)在我們很難找到一種在各方面都有完美表現(xiàn)的存儲器。如果只從性能上來看，毫無疑問，固態(tài)硬盤是傳統(tǒng)機(jī)械硬盤最好的繼任者?，F(xiàn)在為了幫助固態(tài)硬盤進(jìn)入主流市場，半導(dǎo)體廠商開始采用不同于傳統(tǒng)SLC結(jié)構(gòu)的MLC乃至TLC結(jié)構(gòu)的閃存。這也就是說，搭建同樣容量的存儲器，MLC結(jié)構(gòu)只需要SLC結(jié)構(gòu)二分之一的晶體管數(shù)量，成本降低到原來的三分之一，而TLC結(jié)構(gòu)只需要三分之一的晶體管數(shù)量，成本更減少到原來的五分之一。SLC結(jié)構(gòu)的閃存可以達(dá)到10萬次P/E壽命，而常見于主流商業(yè)產(chǎn)品中的MCL顆粒僅有3000～5000次P/E壽命，TLC更是只有500～1000次。為了更好地解決擦寫壽命的問題，來自臺灣旺宏電子公司的工程師們研發(fā)出了一種能夠讓閃存存儲單元自我修復(fù)，從而延長閃存使用壽命的技術(shù)。丘奇教授及其同事所做的研究工作可以作為代表。這種DNA存儲技術(shù)一口氣將數(shù)據(jù)存儲的理論極限密度推高了幾個數(shù)量級，據(jù)計(jì)算1克重量的單鏈DNA能夠存儲455EB的數(shù)據(jù)(注：1PB=1024TB，1EB=1024PB)，這意味著當(dāng)下全球互聯(lián)網(wǎng)的通信線路中流動的數(shù)據(jù)可以全部存儲在1克DNA里面。在過去的十年里，服務(wù)器虛擬化重新部署、管理以及優(yōu)化了計(jì)算資源，將數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)化成為一個更加靈活高效的業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺。雖然虛擬化重塑數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營，企業(yè)能夠部署機(jī)架服務(wù)器匯集和分配應(yīng)用程序的需求，但這種轉(zhuǎn)變并不完整理。軟件定義的數(shù)據(jù)中心（SDDC）聲稱改變這種狀況。匯集和匯總計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全性等可用性服務(wù)，并交付軟件，通過智能化的策略驅(qū)動的軟件進(jìn)行管理。(1)軟件定義計(jì)算(SDC)：實(shí)現(xiàn)硬件資源與計(jì)算能力的解耦合，將計(jì)算能力以資源池的形式提供給用戶并根據(jù)應(yīng)用需要靈活地進(jìn)行計(jì)算資源調(diào)配。但SDC不僅僅實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器虛擬化，還將這種能力擴(kuò)展到物理服務(wù)器及應(yīng)用容器，通過相關(guān)管理、控制軟件實(shí)現(xiàn)物理服務(wù)器、虛擬機(jī)以及容器的統(tǒng)一管理、調(diào)度與能力提供。現(xiàn)有商用產(chǎn)品在性能、基礎(chǔ)功能方面差異日漸縮小，可供選擇的產(chǎn)品范圍擴(kuò)大，呈現(xiàn)多種解決方案并存的格局。而實(shí)現(xiàn)物理機(jī)、虛擬機(jī)、應(yīng)用容器統(tǒng)一管理與能力提供的技術(shù)與產(chǎn)品尚處于探索階段。SDS將硬件存儲資源整合起來，并通過軟件來定義這些資源。軟件定義存儲實(shí)質(zhì)上是利用存儲虛擬化軟件，將物理設(shè)備中的存儲(無論是基于塊、文件，還是對象)抽象為虛擬共享存儲資源池，通過虛擬化層進(jìn)行存儲管理，可以按照用戶的需求，將存儲池劃分為許多虛擬存儲設(shè)備，并可以配置個性化的策略進(jìn)行管理，跨物理設(shè)備實(shí)現(xiàn)靈活的存儲使用模型。(3)軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)：SDN是一種將網(wǎng)絡(luò)控制功能與轉(zhuǎn)發(fā)功能分離、實(shí)現(xiàn)控制可編程的新興網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)?；赟DN構(gòu)建云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的解耦，基于對網(wǎng)絡(luò)的高層抽象，應(yīng)用可通過編程直接定義網(wǎng)絡(luò)行為；通過集中的控制平面，實(shí)現(xiàn)對虛擬接入網(wǎng)絡(luò)層的統(tǒng)一控制，并與計(jì)算、存儲緊密協(xié)同，滿足計(jì)算、存儲資源的移動性要求；SDN的開放編程特性支持基于網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和應(yīng)用需求靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)流量路徑，成為新型算法、設(shè)備及架構(gòu)創(chuàng)新的孵化器。(4)云操作系統(tǒng)：SDDC的大腦，負(fù)責(zé)將計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源依據(jù)策略進(jìn)行自動化調(diào)度與統(tǒng)一管理、編排和監(jiān)控，同時根據(jù)用戶需求形成不同的服務(wù)并提供計(jì)費(fèi)等功能。云操作系統(tǒng)市場成熟度不一，商用產(chǎn)品與開源項(xiàng)目各有應(yīng)用。(5)IT基礎(chǔ)設(shè)施：主要包括服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備。對于通用服務(wù)器而言，實(shí)現(xiàn)更高的性能、密度、集成度和能效以及模塊化與組件化則是其重要技術(shù)發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心煙囪式的架構(gòu)，雖然部署管理復(fù)雜，但傳統(tǒng)存儲設(shè)備故障影響范圍小，不會大范圍蔓延，但在虛擬化、池化的過程中，數(shù)據(jù)集中存儲，傳統(tǒng)存儲設(shè)備一旦發(fā)生故障，將是全局性的災(zāi)難。如何提高業(yè)務(wù)效率和敏捷性、降低風(fēng)險，打破傳統(tǒng)存儲軟硬件緊耦合所造成的割裂狀況，是新一代數(shù)據(jù)中心建設(shè)要面臨的難題，軟件定義存儲(SDS)正是在這種需求下應(yīng)運(yùn)而生。軟件定義存儲允許用戶不必被廠商鎖定就可以采購存儲系統(tǒng)硬件，如硬盤這樣的存儲介質(zhì)(從質(zhì)量和服務(wù)角度考慮，建議從原廠購買)。它可以運(yùn)行在特定的硬件上，在Hypervisor內(nèi)部，或者與虛機(jī)并行，形成真正的超融合架構(gòu)。軟件定義存儲應(yīng)具有以下特征。雖然這種形式的配置在公共云存儲環(huán)境中(如Amazon S3和新興的云計(jì)算平臺OpenStack)已經(jīng)十分常見，但在企業(yè)的IT環(huán)境中還未實(shí)現(xiàn)。(2)存儲虛擬化存儲虛擬化可以聚合異構(gòu)存儲資源到一個共享的存儲池，打破傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)煙囪式的現(xiàn)狀，使所有存儲設(shè)備中的存儲容量得以充分利用，存儲虛擬化可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)跨異構(gòu)孤島，在因硬件故障進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移時，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫遷移，并方便管理。豐富的數(shù)據(jù)接口可以為應(yīng)用在存儲的接口和協(xié)議方面提供更多的選擇。四、分布式文件系統(tǒng)思考與實(shí)踐分布式文件系統(tǒng)將連接在網(wǎng)絡(luò)中的多臺計(jì)算機(jī)組成一個統(tǒng)一整體供用戶訪問，這里的每臺計(jì)算機(jī)就是系統(tǒng)中的單個節(jié)點(diǎn)。分布式文件系統(tǒng)具有高可用性、高性價比、高可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)。分布式文件系統(tǒng)中，元數(shù)據(jù)管理模型在一定程度上能夠決定系統(tǒng)的性能、可靠性、擴(kuò)展性和穩(wěn)定性等。這三種服務(wù)模型各自都存在自身的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，沒有一種服務(wù)模型能夠完全適應(yīng)所有的應(yīng)用負(fù)載，在實(shí)際的應(yīng)用中，它們都各自在合適的領(lǐng)域發(fā)揮自身的優(yōu)點(diǎn)。而分布式文件系統(tǒng)將服務(wù)范圍擴(kuò)展到了整個網(wǎng)絡(luò)。判斷一個分布式文件系統(tǒng)是否優(yōu)秀，取決于以下三個因素：(1)數(shù)據(jù)的存儲方式。無論采取何種存儲方式，目的都是為了保證數(shù)據(jù)的存儲安全和方便獲取。包括響應(yīng)用戶讀取數(shù)據(jù)文件的請求、定位數(shù)據(jù)文件所在的節(jié)點(diǎn)、讀取實(shí)際硬盤中數(shù)據(jù)文件的時間、不同節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸時間以及一部分處理器的處理時間等。即分布式文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的讀取速率不能與本地文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的讀取速率相差太大，否則在本地文件系統(tǒng)中打開一個文件需要2秒，而在分布式文件系統(tǒng)中各種因素的影響下用時超過10秒，就會嚴(yán)重影響用戶的使用體驗(yàn)。由于數(shù)據(jù)分散在各個節(jié)點(diǎn)中，必須要采取冗余、備份、鏡像等方式保證節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障的情況下，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的恢復(fù)，確保數(shù)據(jù)安全。近年來，NVM器件由于其高密度、高速度和低功耗的特點(diǎn)，在存儲器的發(fā)展當(dāng)中占據(jù)著越來越重要的地位。但是，工作壽命、讀寫速度的不足，寫操作中的高電壓及尺寸無法繼續(xù)縮小等瓶頸已經(jīng)從多方面限制了flash存儲器的進(jìn)一步發(fā)展。然而，F(xiàn)eRAM及MRAM在尺寸進(jìn)一步縮小方面都存在著困難。存儲器的排布一般是以矩形陣列形式的，矩陣的行和列分別稱為字線和位線，而由外圍連線控制著字線和位線，從而可以對每個單元進(jìn)行讀和寫操作。無源矩陣單元相對而言設(shè)計(jì)比較簡單，字線與位線在矩陣的每一個節(jié)點(diǎn)通過一個阻變元件以及一個非線性元件相連。非線性元件一般選擇二極管或者其他有確定非線性度的元件。為了避免不同單元之間信號串?dāng)_的影響，矩陣也可以采用有源單元設(shè)計(jì)。但這樣的單元設(shè)計(jì)無疑會使存儲器電路更加復(fù)雜，而晶體管也需要占據(jù)額外的器件面積。金屬電極材料的選擇可以是傳統(tǒng)的金屬單質(zhì)，如Au、Pt、Cu、Al等，而介質(zhì)層材料主要包括二元過渡金屬氧化物、鈣鈦礦型化合物等，這在后文將會更加詳細(xì)地討論。而簡單的制備過程和器件結(jié)構(gòu)也是RRAM被認(rèn)為具有良好的應(yīng)用前景的原因之一。通過國內(nèi)外近10年的光存儲技術(shù)的研究不難發(fā)現(xiàn)，光存儲技術(shù)正悄悄經(jīng)歷著一場由傳統(tǒng)方法到新方案、由二維光存儲到多維光存儲、由遠(yuǎn)場光存儲到近場光存儲的變革。然而，為了進(jìn)一步增加存儲容量，有許多問題必須解決%光盤的數(shù)據(jù)存儲密度主要是由入射激光斑點(diǎn)尺寸決定的，但在一般的光存儲中，信號強(qiáng)度在記錄點(diǎn)尺寸接近分辨極限時迅速降低，因此記錄點(diǎn)尺寸小于分辨極限時，光頭不能識別信號。超分辨是無需用減小波長或增大數(shù)值孔徑的方法減小記錄點(diǎn)尺寸而增加存儲密度的一種方法。總體來說，這種采用超分辨方法的相變光盤能提高光盤的存儲密度，但對更高要求的存儲密度，即對小于100nm的記錄點(diǎn)這種方法顯然無法實(shí)現(xiàn)探測，這要用近場超分辨技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。光學(xué)近場存儲首先由Eric Betzig等提出，他們在磁光薄膜上用近場光學(xué)掃描顯微鏡記錄了小尺寸信號，最小記錄點(diǎn)為60nm。超分辨技術(shù)對于提高光盤的存儲密度是十分有用的，尤其在目前短波長激光二極管的實(shí)際應(yīng)用還不成熟，而超分辨是一種簡單可行且有效的增加光盤存儲密度的方法。超分辨近場存儲可以探測 60nm的記錄點(diǎn)，因此可以實(shí)現(xiàn)光盤的超高密