HCIE05統(tǒng)一存儲(chǔ)性能與優(yōu)化影響性能的關(guān)鍵因素及技術(shù)

統(tǒng)一存儲(chǔ)性能與優(yōu)化

-影響性能的關(guān)鍵因素及技術(shù)

2目標(biāo)

學(xué)完本課程后，您將能夠:熟悉系統(tǒng)性能指標(biāo)熟悉影響性能的關(guān)鍵因素及技術(shù)熟悉性能診斷和調(diào)優(yōu)方法熟悉性能測(cè)試工具和方法熟悉SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)常見(jiàn)性能故障排除3存儲(chǔ)配置對(duì)性能的影響RAID組級(jí)別成員盤(pán)個(gè)數(shù)分條深度讀寫(xiě)策略高低水位LUN歸屬4RAID組級(jí)別－RAID5滿分條寫(xiě)需要修改整個(gè)分條的所有分條單元，校驗(yàn)數(shù)據(jù)由新寫(xiě)入的數(shù)據(jù)計(jì)算讀改寫(xiě)（小寫(xiě)）要寫(xiě)入的分條單元數(shù)目不足磁盤(pán)數(shù)目的一半，新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)=老數(shù)據(jù)XOR新數(shù)據(jù)XOR老校驗(yàn)數(shù)據(jù)重構(gòu)寫(xiě)（大寫(xiě)）要寫(xiě)入的分條單元數(shù)目超過(guò)磁盤(pán)數(shù)目的一半，新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)=新的數(shù)據(jù)XOR不需要修改的分條5RAID組級(jí)別－RAID5最小操作單元：下發(fā)IO的大??；小寫(xiě)優(yōu)化：讀寫(xiě)6RAID組級(jí)別－RAID5小寫(xiě)小寫(xiě)操作步驟RAID5stripeRAID處理模塊XOR下發(fā)數(shù)據(jù)1）下發(fā)數(shù)據(jù)塊（數(shù)據(jù)塊小于分條數(shù)據(jù)量一半）6）RAID寫(xiě)數(shù)據(jù)2）RAID讀數(shù)據(jù)5）覆蓋寫(xiě)目標(biāo)分條單元4）計(jì)算新校驗(yàn)數(shù)據(jù)（小寫(xiě)模式）3）讀上來(lái)的數(shù)據(jù)異或7RAID組級(jí)別－RAID5大寫(xiě)大寫(xiě)操作步驟RAID5stripeRAID處理模塊下發(fā)數(shù)據(jù)1）下發(fā)數(shù)據(jù)塊（數(shù)據(jù)塊大于分條數(shù)據(jù)量一半）5）RAID寫(xiě)數(shù)據(jù)2）RAID讀數(shù)據(jù)4）計(jì)算新校驗(yàn)數(shù)據(jù)（大寫(xiě)模式）3）覆蓋寫(xiě)目標(biāo)分條單元XORXOR8RAID組級(jí)別－RAID10因?yàn)椴恍枰尚ｒ?yàn)位信息，因此RAID10下的最小操作單元：IO數(shù)據(jù)塊的大小由于每個(gè)鏡像盤(pán)組內(nèi)的數(shù)據(jù)完全相同，因此RAID10下的讀操作從這其中的N/2塊磁盤(pán)即可獲取數(shù)據(jù)對(duì)寫(xiě)操作，需要對(duì)鏡像組內(nèi)的所有盤(pán)都寫(xiě)該數(shù)據(jù)，分別寫(xiě)到鏡像組內(nèi)的兩塊磁盤(pán)上9RAID組級(jí)別－RAID10RAID10stripeRAID處理模塊下發(fā)數(shù)據(jù)1）下發(fā)數(shù)據(jù)塊2）生成鏡像數(shù)據(jù)3）同時(shí)寫(xiě)入成員盤(pán)和鏡像盤(pán)寫(xiě)操作步驟10RAID組級(jí)別－順序讀性能對(duì)比RAID5：除去校驗(yàn)盤(pán)以后，對(duì)一個(gè)分條而言，有（N-1）塊磁盤(pán)可以同時(shí)提供數(shù)據(jù)；RAID10：有N塊盤(pán)可以同時(shí)提供數(shù)據(jù)，但由于鏡像組內(nèi)的數(shù)據(jù)是完全相同的，因此對(duì)同一個(gè)分條來(lái)說(shuō)，其實(shí)上只有N/2塊盤(pán)可同時(shí)提供不同的數(shù)據(jù)；由于同一個(gè)分條參與讀操作的硬盤(pán)RAID5多于RAID10，因此RAID5讀性能高。11RAID組級(jí)別－順序性能對(duì)比RAID5與RAID10順序性能對(duì)比持續(xù)順序讀性能RAID5性能高于RAID10持續(xù)順序?qū)懶阅芮岸藟毫ψ銐虻那闆r下，RAID5性能明顯高于RAID1012RAID組級(jí)別－隨機(jī)性能對(duì)比RAID5與RAID10隨機(jī)性能對(duì)比持續(xù)隨機(jī)讀性能RAID5與RAID10性能基本相持續(xù)隨機(jī)寫(xiě)性能RAID5性能明顯低于RAID1013RAID組級(jí)別－順序?qū)懶阅軐?duì)比RAID5：除去校驗(yàn)盤(pán)以后，對(duì)一個(gè)分條而言，有（N-1）塊磁盤(pán)可以同時(shí)接收寫(xiě)下來(lái)的數(shù)據(jù)；同時(shí)需要計(jì)算以生成該分條新的校驗(yàn)信息；RAID10：假設(shè)鏡像盤(pán)的個(gè)數(shù)為2，那么當(dāng)IO下發(fā)的時(shí)候，對(duì)于同一個(gè)鏡像組內(nèi)的磁盤(pán)，實(shí)際上是寫(xiě)一份數(shù)據(jù)再寫(xiě)一份鏡像數(shù)據(jù)，兩份數(shù)據(jù)完全一樣，即只有N/2塊磁盤(pán)在接收不同的IO；前端壓力較小的時(shí)候：由于RAID5會(huì)耗費(fèi)時(shí)間計(jì)算校驗(yàn)信息，因此RAID5的持續(xù)順序?qū)憥挄?huì)小幅優(yōu)于RAID10，前端壓力較大的時(shí)候：此時(shí)后端的環(huán)路帶寬是性能的瓶頸點(diǎn)。此時(shí)，RAID5的寫(xiě)帶寬會(huì)優(yōu)于RAID10的寫(xiě)帶寬，且RAID10的寫(xiě)帶寬會(huì)略高于RAID5的寫(xiě)帶寬值的一半。14RAID組級(jí)別－隨機(jī)性能對(duì)比持續(xù)隨機(jī)讀性能RAID5和RAID10處理讀IO請(qǐng)求的最小操作單元都是IO的大小。隨機(jī)業(yè)務(wù)的IO比較離散，雖然RAID5和RAID10方式能同時(shí)提供數(shù)據(jù)的盤(pán)數(shù)不同，但性能上并不會(huì)有太大的差異。RAID10的隨機(jī)讀性能與RAID5的隨機(jī)讀性能基本相當(dāng)。持續(xù)隨機(jī)寫(xiě)性能在通常的情況下，隨機(jī)寫(xiě)時(shí)的IO大小一般不會(huì)太大，該大小一般是小于分條單元的大小的。RAID5算法中的“寫(xiě)懲罰”會(huì)導(dǎo)致多余的讀操作；RAID10不存在這個(gè)問(wèn)題。RAID10的隨機(jī)寫(xiě)性能明顯的好于RAID5的隨機(jī)寫(xiě)性能。15RAID組級(jí)別－RAID選擇空間利用率:RAID5明顯優(yōu)于RAID10性能:業(yè)務(wù)是一些大文件的讀寫(xiě)操作時(shí)，RAID5的性能會(huì)明顯好于RAID10業(yè)務(wù)以隨機(jī)的小數(shù)據(jù)塊讀寫(xiě)為主的時(shí)候，RAID10是最優(yōu)的選擇可靠性:RAID5低于RAID10RAID5/RAID10對(duì)比16存儲(chǔ)配置對(duì)性能的影響RAID組級(jí)別成員盤(pán)個(gè)數(shù)分條深度讀寫(xiě)策略高低水位LUN歸屬17隨機(jī)業(yè)務(wù)與成員盤(pán)個(gè)數(shù)的關(guān)系一塊磁盤(pán)只能承擔(dān)一定數(shù)目的隨機(jī)IO訪問(wèn)量，這是由磁盤(pán)的平均旋轉(zhuǎn)延遲和尋道延遲所決定的。對(duì)于隨機(jī)讀寫(xiě)業(yè)務(wù)的測(cè)試，假設(shè)存儲(chǔ)設(shè)備前端IO的壓力足夠，當(dāng)增加RAID組內(nèi)的成員盤(pán)個(gè)數(shù)的時(shí)候，由于有更多的磁盤(pán)來(lái)分擔(dān)下發(fā)的隨機(jī)讀寫(xiě)請(qǐng)求，隨機(jī)讀寫(xiě)IOPS性能數(shù)值也是逐漸增加的。18控制器內(nèi)存CHUNK介紹CHUNK是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在控制器Cache模塊，系統(tǒng)會(huì)將滿足一定規(guī)則的IO裝載在一個(gè)CHUNK中，每次將按照一個(gè)CHUNK的大小為單位將IO數(shù)據(jù)下發(fā)到RAID模塊，并最終刷盤(pán)。CHUNK就是一個(gè)量筒。對(duì)于某一個(gè)確定的量筒，其最大的容量是確定不變的。如果需要量取超過(guò)該量筒容量限制的液體，那么就肯定需要操作多次；而每次也可以量取不超過(guò)其容量限制的液體。CHUNK也是這樣的，CHUNK的大小就是對(duì)應(yīng)于某個(gè)量筒的最大量取容量，不同配置下的CHUNK大小可能不同，但是最大不超過(guò)1MB。19控制器內(nèi)存CHUNK結(jié)構(gòu)CHUNK的容量上限是：512B×8×16×16＝1MBCHUNK-UNIT的大小是：512B×8×16＝64KB20控制器內(nèi)存CHUNK大小的確定CHUNK的大小是與分條的大小密切相關(guān)的。分條的大?。椒謼l深度的大小×有效盤(pán)數(shù)。若分條的大小大于1MB時(shí)，那么CHUNK的大小就是1MB。當(dāng)分條的大小小于1MB時(shí)，CHUNK的大小會(huì)首先按照分條的大小對(duì)齊，然后再按照CHUNK-UNIT（64K）的大小對(duì)齊，最終得到CHUNK的大小。21RAID5：成員盤(pán)個(gè)數(shù)與持續(xù)順序?qū)憥掜樞驅(qū)憥挼闹饕绊懸蛩兀篊HUNK的大小和分條的大小。舉例：128KB分條深度（固定不變）RAID5持續(xù)順序?qū)憥掚SRAID組成員盤(pán)個(gè)數(shù)增加的變化趨勢(shì)圖22RAID5：成員盤(pán)個(gè)數(shù)與持續(xù)順序讀帶寬持續(xù)順序讀帶寬的主要影響因素：分條的大小和預(yù)取算法的不同所引起的預(yù)取值不同。舉例：128KB分條深度、智能預(yù)取。RAID5持續(xù)順序讀帶寬隨RAID組成員盤(pán)個(gè)數(shù)增加的變化趨勢(shì)圖23RAID10：成員盤(pán)個(gè)數(shù)與持續(xù)順序讀寫(xiě)業(yè)務(wù)RAID10并沒(méi)有校驗(yàn)信息，不管是何種業(yè)務(wù)，一個(gè)RAID10下的鏡像組之間可以完全認(rèn)為是獨(dú)立的。因此一個(gè)RAID10下更多的磁盤(pán)數(shù)目實(shí)際上可以分擔(dān)更多的IO，即可提升持續(xù)順序讀寫(xiě)帶寬的性能。24成員盤(pán)個(gè)數(shù)順序應(yīng)用下，單個(gè)RAID組磁盤(pán)數(shù)選擇上,推薦采用:分條深度128KB9盤(pán)RAID5RAID5RAID10RAID10在單個(gè)RAID組磁盤(pán)數(shù)選擇上,并無(wú)限制.在磁盤(pán)成為瓶頸時(shí),磁盤(pán)數(shù)越多該RAID組性能越好25存儲(chǔ)配置對(duì)性能的影響RAID組級(jí)別成員盤(pán)個(gè)數(shù)分條深度讀寫(xiě)策略高低水位LUN歸屬26分條深度－隨機(jī)寫(xiě)性能RAID5和RAID10下分條深度變化隨機(jī)寫(xiě)性能規(guī)律RAID5規(guī)律：隨著分條深度的增加，隨機(jī)寫(xiě)IOPS先會(huì)不斷的增加，到達(dá)一定程度之后，隨機(jī)寫(xiě)IOPS會(huì)不斷的遞減;RAID10規(guī)律：隨著分條深度的增加，隨機(jī)寫(xiě)IOPS不斷的增長(zhǎng)，當(dāng)分條深度增大到一定程度后，隨機(jī)寫(xiě)IOPS保持一個(gè)較為穩(wěn)定的狀態(tài);27分條深度－隨機(jī)讀性能如果分條單元太小，很有可能出現(xiàn)一個(gè)IO橫跨了兩個(gè)甚至多個(gè)分條單元的情況。隨著分條深度的增大，一個(gè)IO跨盤(pán)的幾率逐漸減小。因此，隨著分條深度的增加，隨機(jī)讀IOPS會(huì)逐漸的增加當(dāng)分條深度的大小能夠超過(guò)數(shù)據(jù)塊的大小達(dá)到一定程度時(shí)，由于再出現(xiàn)IO數(shù)據(jù)塊跨盤(pán)情況的幾率已經(jīng)非常的小了，則數(shù)據(jù)塊的大小已經(jīng)不再是影響性能的關(guān)鍵因素了，此時(shí)隨機(jī)讀IOPS會(huì)基本保持一個(gè)穩(wěn)定的水平分條深度對(duì)隨機(jī)讀性能影響28存儲(chǔ)配置對(duì)性能的影響RAID組級(jí)別成員盤(pán)個(gè)數(shù)分條深度讀寫(xiě)策略高低水位LUN歸屬29讀策略讀預(yù)取的作用在處理一個(gè)讀IO請(qǐng)求時(shí)，從磁盤(pán)側(cè)按順序讀取除該IO數(shù)據(jù)以外更多的數(shù)據(jù)，預(yù)先緩存到Cache中，以便下一個(gè)順序讀IO請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，可直接在Cache中獲取，得到更高的性能表現(xiàn)。當(dāng)讀IO很隨機(jī)時(shí)，不當(dāng)?shù)淖x預(yù)取策略會(huì)給存儲(chǔ)系統(tǒng)帶來(lái)額外的資源開(kāi)銷，不但無(wú)法保證后續(xù)IO在Cache中的命中，而且會(huì)帶來(lái)性能的降低。四種預(yù)取算法：固定預(yù)取、可變預(yù)取、智能預(yù)取和不預(yù)取。30讀策略預(yù)取策略策略說(shuō)明適用場(chǎng)景固定預(yù)取按系統(tǒng)設(shè)置的固定預(yù)取窗口大小進(jìn)行預(yù)取1.適用于業(yè)務(wù)單一，IO順序性強(qiáng)的場(chǎng)景，如：DSS和數(shù)據(jù)備份等業(yè)務(wù)2.建議預(yù)取窗口大小與LUN分條對(duì)齊可變預(yù)取按系統(tǒng)設(shè)置的倍數(shù)，預(yù)?。鹤xIO長(zhǎng)度*倍數(shù)適用于IO順序性強(qiáng)，但I(xiàn)O大小呈規(guī)律性變化的業(yè)務(wù)智能預(yù)取按IO順序程度，動(dòng)態(tài)起停預(yù)取，動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)取窗口大小適用于IO特性比較復(fù)雜的場(chǎng)景，如：OLTP應(yīng)用中數(shù)據(jù)文件訪問(wèn)不預(yù)取減少因預(yù)取無(wú)效數(shù)據(jù)引起系統(tǒng)額外開(kāi)銷適用于可明確的IO隨機(jī)場(chǎng)景31寫(xiě)策略Cache的寫(xiě)策略包括三種：透寫(xiě)，回寫(xiě)鏡像和回寫(xiě)不鏡像。鏡像Cache示意圖32寫(xiě)策略需仔細(xì)評(píng)估實(shí)際業(yè)務(wù)對(duì)性能和可靠性的需求，選擇恰當(dāng)?shù)膶?xiě)策略：寫(xiě)策略可靠性性能透寫(xiě)高低回寫(xiě)鏡像中中回寫(xiě)不鏡像低高33存儲(chǔ)配置對(duì)性能的影響RAID組級(jí)別成員盤(pán)個(gè)數(shù)分條深度讀寫(xiě)策略高低水位LUN歸屬34高低水位設(shè)置存儲(chǔ)寫(xiě)策略為回寫(xiě)時(shí)，高低水位控制Cache模塊對(duì)臟數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量和刷盤(pán)速率。

刷盤(pán)線程持續(xù)刷盤(pán)，直到水位到達(dá)低水位以下

立刻刷一個(gè)chunk的數(shù)據(jù)

一般不刷盤(pán)，如果5s之內(nèi)都沒(méi)有I/O到達(dá)，則刷一個(gè)chunk的數(shù)據(jù)35高低水位特性Cache中緩存的數(shù)據(jù)與低水位值所對(duì)應(yīng)的容量持平或者低于該容量的時(shí)候，這些數(shù)據(jù)被刷盤(pán)的幾率相對(duì)是較小的，即這些數(shù)據(jù)保存在Cache中的幾率相對(duì)較大。IO停留在Cache中的時(shí)間與低水位值的設(shè)置密切相關(guān)。當(dāng)將低水位值設(shè)置得高一些，就可以使得下發(fā)的IO獲得更多的整合的機(jī)會(huì)，從而提升隨機(jī)寫(xiě)的性能。默認(rèn)情況下，系統(tǒng)