智能存储系统资料.ppt

智能存储系统 概述 关键性的业务应用对性能、可用性、安全性以及可扩展性都有很高的要求。 硬盘是存储的核心组成部分，决定了存储系统的性能。 RAID技术的出现很大程度提升了存储系统的性能和可靠性。然而，单靠硬盘仍然无法满足应用需求。 智能存储系统是一种功能丰富的RAID阵列，提供了高度优化的I/O处理能力。 智能存储系统的组成 四个核心部分：前端、缓存、后端、物理磁盘 一个来自主机的I/O请求首先到达前端端口，然后经过缓存和后端的处理，最终在物理磁盘上存储或获取数据。如果被请求的数据已经保存在缓存中，那么请求可以直接在缓存中完成。 前端 前端提供了存储系统与主机之间的接口 它由两部分组成：前端端口和前端控制器 每个前端端口都拥有相应传输协议的处理逻辑，这些协议包括： SCSI、FC、iSCSI等 为了获取更高的可用性，一般在前端提供冗余的端口 前端控制器通过内部数据总线把数据传入缓存或从缓存传出数据 当缓存收到写入的数据后，控制器向主机发出一个应答消息。控制器用命令队列算法来优化I/O处理。 前端命令队列 前端命令队列在前端控制器上实现 控制器对收到的命令的执行顺序进行决策，以减少不必要的驱动器磁头移动，改善磁盘性能。 有了命令队列，就可以根据数据在磁盘上的组织方式并发的执行命令，而不是按照这些命令的达到顺序执行。 命令队列算法 先进先出算法（First In First Out, FIFO） 从性能角度看它是最差的 寻道时间优化算法 访问时间优化算法 高速缓存 缓存是智能存储系统用来提高I/O性能的重要环节 缓存是半导体存储器 为了减少完成主机I/O请求所需的时间，数据被暂存在缓存中 物理磁盘是智能存储系统中最慢的组件，缓存可以将主机与磁盘的机械延迟隔离开，从而提升系统的性能 带有缓存的读操作 每当主机发出一个读请求，前端控制器会通过查询请求的数据是否保存在缓存中。 如果在缓存中找到请求的数据，则发生一次读缓存命中，数据被直接送到主机，无需任何磁盘操作。 如果没有在缓存中找到请求数据，称为发生了一次缓存未命中，数据必须从硬盘读取。 带有缓存的读操作 后端控制器负责访问相应的磁盘并读取请求的数据。随后，数据被保存到缓存中并最终通过前端控制器送到主机。 缓存未命中增加了I/O响应时间。 Pre-read 如果读请求是顺序的，可以采用预取或者称为预读的算法。 这一过程显著的减少了主机的响应时间 读命中率的提高带来性能上的提升 带有缓存的写操作 带有缓存的写操作提供了比直接写磁盘更好的性能。 一个I/O被写入缓存并得到响应比直接写入磁盘所用的时间要少得多。 多个小的顺序写操作可以被合并成大的写操作，在有缓存的情况下使得我们有机会对顺序写操作做优化。 带有缓存的写操作的实现 回写缓存 数据被存入缓存，主机立即得到响应。一段时间后多个写操作的数据被一起提交到磁盘。 如果遇到故障，未被提交的数据有丢失的风险 直接写缓存 数据被存入缓存并立即写到磁盘中 因为需要磁盘操作，写响应时间比较长 跳过缓存写的情况 在特定的情况下缓存可以被跳过 比如要写入极大量的数据时。这时，如果一个I/O请求的大小超过了预先定义的值（称为写旁入大小），写入操作被直接发送到磁盘以防这些写入占用大量的缓存区域。 有限的缓存要用在小的、随机的I/O访问中，这样才更有效。 好钢用在刀刃上 缓存实现 缓存实现分为专用缓存和全局缓存 专用缓存：读操作和写操作分别使用单独的内存 全局缓存：读写操作都可以使用任意空闲的内存 全局缓存的管理更有效率，因为只需管理一组全局的地址 缓存管理 缓存是昂贵、有限的资源，需要合适的管理 缓存管理算法 最近最少访问算法（Least Recently Used, LRU） 假设：如果一个页面刚刚被访问过了，它就不太可能再被访问 最近最多访问算法（Most Recently Used, MRU） 假设：如果一个页面刚刚被访问过了，它还可能被经常访问 缓存数据保护 缓存是易失性存储器，电源故障或者其他缓存故障都会使得还没有来得及保存到磁盘上的数据丢失。 保护方法 电池供电：将缓存中的数据保存到磁盘 缓存镜像：在互相独立的内存条不同位置保存两份 缓存跳跃：用一组物理硬盘在停电时转存缓存中的数据。恢复供电时，数据从转存磁盘读到缓存，再写回对应的磁盘中。 后端 后端提供了缓存和物理磁盘之间的接口 两部分组成：后端端口和后端控制器 后端控制器在做读写操作时与磁盘进行交流，同时也提供有限的、临时的数据存储。 磁盘端口冗余可以进一步增强可靠性 情况罕见 物理磁盘 SCSI FC IDE/ATA SAS SATA 固态驱动器 固态硬盘的存储介质分为两种 一种是采用闪存（FLASH芯片）作为存储介质 另外一种是采用DRAM作为存储介质(需