Pure CTO深度解析键值存储、FA//ST无DFMs及高速对象技术

在本期播客中（录制于上周的Pure//Accelerate 2025活动），我们与Pure Storage的首席技术官（CTO）Rob Lee进行了深入对话，探讨了以下技术主题：

• 键值存储在Pure的Purity闪存操作系统中的应用
• 为何新发布的FlashArray//ST未使用其大力宣传的DirectFlash模块
• 其高速对象存储的性能实现原理

键值存储在Pure存储产品中的应用

问：能否解释键值存储在Pure存储产品中的使用方式？
我们使用键值存储的原因（我将详细说明其优势）与组织大量信息时使用关系型数据库的动机类似：

• 将信息有序组织到表中，可构建索引，高效查询数据，避免无序存储导致查询困难。
• 键值存储的使用可追溯至公司成立初期。我们与市场上其他厂商的不同之处在于：重新设计了存储软件，包括文件系统及逻辑块到物理位置的映射方式，使其原生适配闪存工作原理。
• 闪存的关键特性与磁硬盘不同：无法原地覆盖内容，必须写入新副本并进行垃圾回收旧数据，同时需避免重复写入同一闪存区域导致介质损耗。

通过将元数据（即文件名、文件系统到物理位置的映射）组织在键值存储中，借鉴研究社区的技术，可最小化写放大（重写元数据结构的次数）。这是驱动我们使用键值存储管理元数据的核心洞察。

第二点借鉴数据库领域的经验：键值存储易于分区、分发、实现并发和并行化。

• FlashBlade在元数据性能上的优势（如在Pure//Accelerate 2025上提到的FlashBlade EXA）源于将所有元数据存储在键值存储中，从而实现线性、高并发、可扩展的性能，这是其他数据结构无法实现的。
• 传统存储系统多使用树状结构组织数据，查询需逐步遍历，难以并行化。而键值存储可充分利用闪存的并行访问特性和分布式技术，实现高速、高并发查询。

问：键值存储是否仅作用于元数据层？文件系统是否并行运行？
我们的软件设计采用统一方法管理文件系统元数据、用户元数据及物理元数据（如数据缩减和重复数据删除所需的映射）。所有映射均存储在键值存储中。这种统一方法的好处包括：

• 减少软件编写量
• 提升健壮性和性能
• 系统各部分（文件系统、物理介质管理）均受益于键值存储的特性

FlashArray//ST未使用DirectFlash模块的原因

问：Pure大力宣传DirectFlash模块（DFMs）的容量优势，但新发布的FlashArray//ST未采用它们。它使用什么？为什么？
我们的硬件设计哲学是：构建优秀软件需配套硬件支持。DFMs的核心在于启用它们的软件，硬件本身设计极简。

• DFMs未用于FAST或FlashBlade EXA的数据路径，因为DFMs针对企业级需求的效率、容量等广泛设计空间优化。
• FAST和FlashBlade EXA瞄准超高端性能层级，而DFMs未针对微秒级延迟优化。因此，我们选择利用更专业的硬件供应商组件来满足该设计空间的需求。

问：DFMs缺少哪些特定组件？
无特定组件缺失，而是设计优化权衡：DFMs在延迟、功耗、空间、容量等方面未针对微秒级延迟优化，因这不属于其目标设计空间。

高速对象存储的性能原理

问：Pure常强调提供高性能对象存储的能力。这是否仅靠投入资源？还是有其他技术因素？
绝非仅靠资源投入，关键技术因素包括：

• 元数据通过键值存储组织（如播客第一部分所述），这极大提升了性能。
• 传统对象存储在企业中基于“廉价深度”理念发展，通常将对象协议实现于文件系统之上，再底层为块设备，导致多层效率低下。
• 我们原生实现对象存储，避免性能损耗层。性能分为两部分：元数据（管理性工作）和数据传输。现代对象工作负载中，元数据部分占整体性能需求的很大比重。
• 原生方法（非基于文件系统分层）结合高度分布式、并行的键值存储，可交付该性能。此外，我们自始至终拥有高速数据路径。

本文基于Pure//Accelerate 2025技术访谈内容，聚焦存储架构的核心技术创新。