SSD控制器采用硬件加速方式来提升EC的计算能力

UCloud发布了新一代归档存储产品，通过自研的归档存储架构，UCloud把归档存储的价格压到了0.024元/GB/月，比国内友商的价格要低大约三分之一，价格新低背后有怎样的创新呢？

参照上图中的成本构成，存储业务成本主要由硬件成本和运营成本构成。而UCloud新一代归档存储产品，从硬件和运营方面，都将成本压到极低。

创新1：国内首次SMR+JBOD高密机型商用落地，性价比新基石

UCloud新一代归档存储采用了西数的SMR磁盘来提升单位容量的性价比。从CMR到SMR是磁盘技术的演进方向，不过，为了追求更大的存储密度和存储容量，不得不做出一些取舍，结果就是SMR虽然不支持随机写，但非常适合归档存储大量顺序写少量随机读的场景。

其实SMR磁盘的争议很多，关于SMR是否可靠，是否容易损坏的说法很多，但其实完全不用担心。本质上，就跟当年NAND颗粒处于MLC到TLC的过渡期一样，后者能带来容量上的提升，但是是以寿命或者性能作为代价换来的，为了安全地用上TLC，SSD需要在控制器上做许多针对性的优化，而用SMR同样也要解决许多问题。

由于SMR与CMR的磁道分布不同，导致SMR只支持每次在每个Zone里进行顺序写操作，于是便与原本的CMR的读写操作有很大差异，这对于文件系统和软件层面带来了很大的挑战，为此，UCloud在自研的归档存储架构上做出了许多调整，向下兼容了CMR和SMR两种类型磁盘，向上融合到了UFile对象存储体系当中。

SMR磁盘属于新生事物，目前只在部分国外市场上用的比较多，而UCloud是国内最早采用JBOD加SMR磁盘的厂商（首次商用落地），在使用过程中也发现了一些有趣的问题，比如，由于过于追求容量密度，导致触及机房地板的承重上限，一番调整后，最后就有了容量上的大幅提升。

SMR降低了单位容量成本是一方面，同时，由于单机架整体容量的提升，意味着单位容量占用的CPU和内存资源降低，在降低成本方面也有加成。通过采用西数的SMR大容量磁盘，还有JBOD磁盘柜，将容量密度抬到了新高度，单盘空间提升150%，硬盘数量增加59%，单机架容量提升5.375倍。

SMR磁盘的采用从根本上提升了单盘存储空间，降低了单位容量成本，降幅大约在10%到20%之间。

创新2：支持磁盘上下电的IO调度，省电费的新高度

硬件以外，接下来的成本优化主要就是靠优化运营了，运营成本的一个大头就是电费。

为了省电费，大家都很拼。许多数据中心都构建在比较偏远的地方，占地费用是一方面，主要是因为偏远的地方电费会有减免，如果当地温度较低，那还可以省一些空调电费。国外还有人把数据中心放到海里，优势是可以使用潮汐这个清洁可再生能源，用海水的低温来降低冷却成本。

UCloud归档存储的架构中采用了支持上下电的IO调配技术来降低电费能耗，说白了就是：不干活儿的磁盘就不供电，需要干活儿的时候再给它供电。这一做法能降低90%的硬盘能耗，在纯写入场景下，耗能的硬盘数仅为原来的5%，效果还是非常显著的。

那么，部分硬盘断电后的性能如何保证呢？UCloud存储平台资深研发工程师方然介绍，写的话是会始终保持有一定的磁盘进行写操作，读的话磁盘上下电操作有一定的冷却时间，在时间内进行IO操作，无需再进行上下电操作就能满足IO请求。

至于磁盘寿命的问题，方然解释说，虽然磁盘上下电的次数是有限的，但将上下电的次数分配给寿命期内的每一天每一个小时，并根据这个寿命维护上下电的冷却时间，这就使得磁盘在寿命期内可以正常使用，无需担心频繁上下电造成的寿命问题。

创新3：价格打折，可靠性和可用性不打折

对于在线归档服务来说，成本降低绝对不能牺牲可靠性和可用性。

在高可用设计方面，考虑到归档存储使用了大容量磁盘，数据恢复的耗时比较长，而且浪费的存储资源比较多。

于是UCloud的归档存储架构除了采用较小的Zone为故障修复单位之外还采用双机头带JBOD的架构，每一块磁盘在同一时间双机头可见，当故障发生时候，其中的一个机头能在一定时间接管所有磁盘。

最终，UCloud归档存储的高可用能达到3个9。

在高可靠设计方面，采用的是大比例EC纠删码的做法，为了避免对性能造成影响，UCloud采用了硬件加速方式来提升EC的计算能力。

由于冷存储的时间跨度比较大，数据量也比较大，磁盘中可能会出现一些静默错误，为了解决这一问题，UCloud在全链路上都保留了CRC校验，保障了数据的安全性。

最终，UCloud归档存储的可靠性能达到11个9的业内主流水平。

为什么不用磁带和蓝光光盘呢？

说到归档存储，许多人都能想到磁带和蓝光光盘存储，这两种介质的成本优势也非常明显，为什么不用呢？

UCloud存储平台研发总监吴斌炜表示，之所以不用主要还是因为UCloud一直以来的技术积累还是在于磁盘方面，有丰富的自研文件系统的经验和直接操作裸块设备的经验。许多主流的云计算厂商也很少有用磁带和光盘的，磁带和光盘存储主要出现在部分企业数据中心内部。

在实际使用中，归档存储也并不是绝对不修改数据，有时候也会需要修改一些数据，由于光盘完全不支持重新写入，磁带的擦写需要花费大量的时间，这也是选择磁盘的一项原因。

更重要的是，磁盘未来有发展，磁盘厂商都宣布了更大容量盘的发布计划，这意味着云厂商的用户将在未来享受技术进步带来的收益，让成本一降再降。值得一提的是， UCloud老用户可以使用新一代归档存储产品，通过配置灵活的生命周期策略将冷数据进行迁移来节省成本。

结语

看完UCloud归档存储的创新，最大的感受就是，云计算不愧是讲究规模效应的行业，需要精益求精算成本，才能有竞争力，这样的创新让我想起了AWS Nitro将虚拟化层硬化到专有设备里，从而减少主机资源占用的做法，为用户交付更多资源，最终实现降本增效。

云计算的竞争是方方面面的，但像这种创新是必然要有的。
责任编辑:pj