有效提升存儲性能的十大方法

1、目前存儲行業(yè)中很多公司都在開發(fā)與存儲優(yōu)化相關(guān)的產(chǎn)品和技術(shù)， 既有優(yōu)化主機(jī) 端訪問的方案，也有提升SAN存儲性能的技術(shù)，這是一個很有潛力的領(lǐng)域。在這 里，本文將要介紹一些能夠有效提升 存儲性能的方法，而以往我們卻經(jīng)常無視它們。首先，排除故障網(wǎng)絡(luò)存儲的應(yīng)用環(huán)境是相當(dāng)復(fù)雜的，各種不 同的硬件和軟件要能夠順利的實(shí)現(xiàn)互操作。所以，導(dǎo)致存儲系統(tǒng)性能不佳的最常見的原 因可能是配置錯誤，也可能是一個或多個組件發(fā)生故障。因此，優(yōu)化存儲性能的第一步就是要看看現(xiàn)有的存儲I/O堆棧是不是有冋題。檢查效勞器和存儲陣列的日志，看看是否有物理設(shè)備故障告警、 I/O重傳、路徑 切換以及超時等明確的提示。再試著去逐個分析故障組

2、件，從與線纜相關(guān)的 連 接組件開始。收發(fā)端口以及線纜的問題不容易發(fā)現(xiàn)，但通常會嚴(yán)重的影響性能。在遭受物理沖擊的時候，這些東西經(jīng)常會損壞，因此，在數(shù)據(jù)中心里安裝、遷移 或搬走設(shè)備時要特別的小心。1. 更新固件和驅(qū)動程序廠商會不斷的通過軟件升級來修復(fù)產(chǎn)品中的bug并增加新功能。聰明的做法是把存儲網(wǎng)絡(luò)中所有組件的驅(qū)動程序和固件都升級到最新版本，定期做，提前測試、調(diào)試和升級。我們看到 Microsoft和VMware都在積極地為其產(chǎn)品 一 Windows和vSphere的存儲局部增加新的性能增強(qiáng)特性，但通常我們看不到太多的宣傳。比方Microsoft推出的SMB和，可以明顯的提升 Windows文件共

3、享的性能，尤其是在低帶寬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。還有新版的VMFS和 NTFS文件系統(tǒng)在性能和可擴(kuò) 展性方面也有改善。所以，平時要多瀏覽存儲方面的博客和媒體，以便了解最新 的相關(guān)動態(tài)。要注意的是，并不是所有的版本升級都值得我們花費(fèi)時間和精力，而且有時候升 級的風(fēng)險還很高。所以，首先要確保所有相關(guān)的廠商能夠支持你現(xiàn)有的設(shè)備及配 置，并且有充分的測試，絕對不能在生產(chǎn)系統(tǒng)中使用測試版代碼。 作為一個系統(tǒng) 管理員，我傾向于保守一些，我會等到有其他人出了相關(guān)驗(yàn)證報(bào)告之后，自己才會嘗試升級，以免冒險。2降低負(fù)載大多數(shù)調(diào)優(yōu)的方法都著眼于定位和消除存儲的性能瓶頸，但是換一個角度，也許我們還應(yīng)該考慮如何減少I/O負(fù)載的產(chǎn)

4、生。比方，同數(shù)據(jù)庫管理員一起對查詢的 效率和性能進(jìn)行調(diào)優(yōu)，就可以節(jié)省大量的查詢等待時間。所以，減少I/O負(fù)載對每個人和每個應(yīng)用來說都是有好處的。3. 消除備份的瓶頸傳統(tǒng)的備份應(yīng)用極其消耗存儲資源，以每天或者一周為時間方案去備份一個大的 數(shù)據(jù)卷的話，會產(chǎn)生大量的I/O負(fù)載。改善備份系統(tǒng)的性能，讓備份工作在有限 的時間窗口內(nèi)完成已經(jīng)成為數(shù)據(jù)保護(hù)流程中需要優(yōu)先考慮的事情。解決備份問題的同時也有助于我們提升存儲系統(tǒng)的整體性能。一個有效降低備份壓力的方法是使用 CDP( continuous data protection)技術(shù)，很多虛擬機(jī)備份產(chǎn)品都使用了 CDP CDP連續(xù)的從效勞器中拷貝數(shù)據(jù)，而不

5、是在某個時間點(diǎn)集中執(zhí)行備份操作。在虛擬機(jī)應(yīng)用環(huán)境中這一點(diǎn)特別有用，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的夜間備份模式會同時在多個效勞器上產(chǎn)生大量的負(fù)載，從系統(tǒng)總線到 HBA卡或者網(wǎng)卡，再到磁盤陣列，這樣會導(dǎo)致存儲系統(tǒng)的響應(yīng)速度急劇下降。Microsoft和VMware也提供了一些技術(shù)，通過將備份過程中原本由操作系統(tǒng)執(zhí)行的快照任務(wù)轉(zhuǎn)交給存儲設(shè)備執(zhí)行，數(shù)據(jù)流不再經(jīng)過效勞器，大大提高了數(shù)據(jù)處理的效率。4. 通過VAAI轉(zhuǎn)移虛擬機(jī)的I/O負(fù)載VMware發(fā)布的vSphere中包含了很多新特性，但其中最重要的一個就是VAAI(vStorage API for Array Integration)。VMware ESXJ用這個新的接

6、口程序，可以將某些I/O負(fù)載轉(zhuǎn)給支持VAAI的FC或iSCSI存儲系統(tǒng)硬件來處理。通 過VAAI，hypervisor和存儲陣列可以緊密且高效的集成在一起。VAAI主要包括三個“功能：1. 使用高效的SCSI命令“ write_same 實(shí)現(xiàn)精簡配置，釋放未使用的存儲資 源，增加空間利用率并降低I/O開銷。2. 將快照和鏡像操作交給存儲硬件來執(zhí)行，最大程度降低網(wǎng)絡(luò)、hypervisor和 操作系統(tǒng)的I/O處理壓力。3. 提供比LUN級別粒度更細(xì)的訪問控制鎖，減少虛擬機(jī)之間的I/O沖突和I/O等待時間。VAAI盡管不是直接用來提高存儲性能，但實(shí)際應(yīng)用效果顯示hypervisor的I/O負(fù)載明顯降

7、低，而且通過 SAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量也明顯減少。業(yè)內(nèi)分析師預(yù)計(jì) VMware還會在下一個vSphere版本中進(jìn)一步改良 VAAI,包括增加對NFS的支持。 我們可以想象，Microsoft也正在為Hyper-V開發(fā)類似的集成接口。5. 利用SIOC控制虛擬機(jī)的I/O負(fù)載VMwarevSphere的SIOC (Storage I/O Control )本質(zhì)上不是一個性能加速技術(shù)， 而是保證QoS(quality of service )的機(jī)制。SIOC可以增加I/O性能的可預(yù)測 性oSIOC會跟蹤VMF敦件系統(tǒng)的響應(yīng)延遲，通過控制優(yōu)先級較低的虛擬機(jī)的I/O 流量來 保證其他虛擬機(jī)的I/O性能。實(shí)際

8、上，SIOC的作用是減少了虛擬機(jī)之間 因?yàn)镮/O資源爭用而引起的沖突，從而提升了虛擬機(jī)的響應(yīng)速度。應(yīng)用程序開發(fā) 人員 和管理者會喜歡這個功能，雖然總體帶寬保持不變，但卻可以帶來更好的 性能表現(xiàn)。6. 優(yōu)化效勞器端今天，采用多核處理器的效勞器在 CPU處理能力上是過剩的，但網(wǎng)卡和HBA卡通 訊處理卻仍然只能使用一個處理器內(nèi)核。 RSS(Receive- side scaling，接收端 調(diào)節(jié))技術(shù)的出現(xiàn)解決了這個問題，I/O卡可以將數(shù)據(jù)流分給多個 CPU內(nèi)核做并 行處理，從而提高性能。Hypervisors還有一個工作是對I/O進(jìn)行隊(duì)列排序，并且將I/O定向給相應(yīng)虛擬 機(jī)，這個過程使用到了 In

9、 tel VMDq (virtual machi ne device queues )技術(shù)。VMD允許網(wǎng)絡(luò)適配器與 Microsoft Hyper-V或 VMware ESX之類的 hypervisor進(jìn)行通訊，可以將發(fā)往同一個虛擬機(jī)的多個數(shù)據(jù)包集中在一起處理。在效勞器虛擬化應(yīng)用環(huán)境中使用 RSS和VMD(這樣的技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)I/O流量的 優(yōu)化，而且能夠產(chǎn)生驚人的加速效果。 通過使用這些技術(shù)，Microsoft和VMware 已經(jīng)展示了他們的虛擬機(jī)產(chǎn)品在性能優(yōu)化方面的有效性。7. 使用主動多路徑(Active Multipathing)技術(shù)在效勞器和存儲系統(tǒng)之間設(shè)置多路徑是保證高可用的傳統(tǒng)方法

10、，但在使用了高級的主動多路徑技術(shù)之后，性能也會有提升。根本的多路徑軟件只能提供容錯功能，當(dāng)發(fā)生連接喪失故障時，執(zhí)行通道切換操 作。而所謂的雙活“ dual - active 配置能夠?qū)⒉煌腎/O負(fù)載分配給每一條鏈 路，雖然提升了利用率，但局限是每一個連接只能走一個通道。 有些存儲陣列支 持將多個連接綁定在一起，或者采用 active-active 的配置，多個鏈路聚合在 一起，可以充分發(fā)揮多通道帶寬的潛力。新一代的多路徑效勞框架，比方 Microsoft的MPIO和VMware的PAS都可以通 過添加存儲陣列專用的plug-in插件來實(shí)現(xiàn)主動多 路徑功能。用戶可以問問自 己的存儲供給商是否提

11、供這樣的插件，但如果它是單獨(dú)收費(fèi)或者需要一個特殊的 企業(yè)級license，也是意料之中的事兒。8. 部署8 Gb光纖通道自從1Gbps的光纖通道產(chǎn)品出現(xiàn)以來，光纖通道的帶寬一直是以雙倍的速率在增 長，不過在增長的同時仍然保持著向后兼容和可互操作的特性。將光纖通道升級到8Gbps帶寬是一個加速存儲I/O的最簡單而且能負(fù)擔(dān)得起的方法。目前，市 場上8Gbps光纖交換機(jī)和HBA卡的種類非常豐富，而在價格方面與 4Gbps的產(chǎn) 品也根本沒有差異。當(dāng)我們需要對SAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，購置新的效勞器和存儲陣 列時，選擇8Gbps而不是4Gbps的光纖通道是很自然的事 情。而不久之后我們 還會看到下一代的16G

12、bps光纖通道設(shè)備。請記住，吞吐量通常以字節(jié)/秒表示并不是衡量存儲性能的唯一指標(biāo)，響應(yīng) 延遲也非常關(guān)鍵，通常用IOPSI/O operatio ns per seco nd或響應(yīng)時間以毫秒或微秒為單位衡量，延遲指標(biāo)可以衡量單個I/O請求被處理的速度。目前， 延遲已經(jīng)成為描述效勞器虛擬化環(huán)境性能的關(guān)鍵指標(biāo)。當(dāng)多個虛擬效勞器的流量通過一個單獨(dú)的I/O端口時，該端口需要快速的處理數(shù)據(jù)包，而不只是能夠處 理大量的順序數(shù)據(jù)流。每次光纖通道產(chǎn)品升級，不僅僅是帶寬翻倍，處理一個I/O操作的時間也會減半。 因此，8Gbps光纖通道技術(shù)與原來的4Gbps技術(shù)相比，不僅僅是實(shí)現(xiàn)了雙倍的MB/s 數(shù)值，I/O請求的

13、處理能力也增加了一倍。對效勞器虛擬化應(yīng)用來說，這才是真 正有價值的地方。9. 利用10 Gbps以太網(wǎng)光纖通道并不是唯一一個不斷升級的通道技術(shù)。以太網(wǎng)最近也進(jìn)行了重大的升級跨入了萬兆時代。隨著10GbE以太網(wǎng)越來越普及，用戶也逐漸能夠承受相關(guān)的本錢。但是，10GbE的存儲陣列的開展速度要落后于萬兆網(wǎng)卡和交換機(jī)。如果能 夠?qū)F(xiàn)在的iSCSI或NAS( SMB和NFS協(xié)議存儲環(huán)境遷移到10GbE以太網(wǎng)，那 么總體性能會有大幅度的提升。如果沒有端到端的10GbE以太網(wǎng)，那么替代方案可以選擇在 1GbE的鏈路上使用LACP(li nk aggregation control protocol)聚合。用

14、這種方法，我們能夠創(chuàng)建一條N個Gbps的帶寬聚合通道，在主機(jī)、交換機(jī)和存儲等一系列千兆設(shè)備之 間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。在沒有10GbE以太網(wǎng)的時候，這個方案能夠解決千兆以太網(wǎng)速度 太慢的問題。最新出現(xiàn)的FCoE (Fibre Channel over Ethernet)技術(shù)將光纖通道和以太網(wǎng)這兩個世界聯(lián)系到了一起，并且承諾有更好的性能和更大的靈活性。 盡管有一種 聲音認(rèn)為FCoE使用的10GbE以 太網(wǎng)通道的帶寬只比8Gbps光纖通道快了 20% 但數(shù)據(jù)吞吐量的差距卻驚人地到達(dá)了 50%這都要?dú)w功于更加有效編碼方式。FCoE還承諾可以減少I/O延遲，而傳統(tǒng)的光纖通道 SAN或存儲陣列要通過使用 橋接器才能

15、做到這一點(diǎn)。以長遠(yuǎn)的眼光看， FCoE可以提升存儲性能，而且現(xiàn)在 我們已經(jīng)能夠使用它 了。10. 增加緩存雖然最快速的I/O請求永遠(yuǎn)不會出現(xiàn)，但作為一個提高性能的手段，使用緩存是 最直接的方法。在I/O通路的各個環(huán)節(jié)都可以使用緩存，通過把最近頻繁 使用 的信息駐留在緩存中，設(shè)備可以明顯的提高響應(yīng)速度。 這不是什么新技術(shù)，但好 消息是隨著價格的下降，我們現(xiàn)在能用得起更大容量的 NAND flash memory。目前，我們根本上可以看到三種類型的緩存：1 主機(jī)端緩存。將NVRA或者NANDflash放在效勞器中，常見的是高性能 PCI Express卡，僅在效勞器內(nèi)部使用，I/O不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)。2

16、放在網(wǎng)絡(luò)中的專用緩存裝置，可以幫助存儲陣列降低負(fù)載。緩存裝置可以同 時響應(yīng)多臺效勞器的請求，但在發(fā)生電力故障時，可用性以及數(shù)據(jù)一致性是個需 要考慮的問題。3 存儲陣列內(nèi)置的緩存，以及常見的分級存儲解決方案。此類設(shè)備包括 NetApp的 Flash Cachecards，以前叫 Performanee Acceleration Module 或 PAM； EMC 的 Fully Automated Storage Tiering( FAST 以及 Hitachi Data System的 Dynamic Tiering(DT) 等。沒有“銀彈改善存儲性能有許多的選擇，但不會有萬能鑰匙。盡管存儲廠商馬上就會反駁說 他們的最新技術(shù)(從分級存儲到 FCoE能夠解決數(shù)據(jù)存儲性能的問題，但沒有 人會傻到只去關(guān)注某一個領(lǐng)域。最有效的性能優(yōu)化策略應(yīng)該從分析現(xiàn)有系統(tǒng)的瓶 頸開始，最終制定相應(yīng)的方案去解決它們。并非所有的方法都有效除了知道應(yīng)該怎樣保證存儲網(wǎng)絡(luò)的性能之外，我們還需要了解一些對改善性能不 那么有效的方法。通過測試我們可以看到一些有趣的結(jié)果：比方在以太網(wǎng)上翻開 Jumbo Frame,通常不會看到性能有明顯的改善。另一個常見的問題是如何看待不同存儲協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)。 用