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利用横向扩展NAS解决存储I/O性能瓶颈
作者:未知 文章来源:网络 点击数: 更新时间:2009-8-6

  存储业当前仍存在众多挑战。在过去的十年中,传统存储平台在每GB成本支出很低的情况下,实现系统的大容量存储需求。然而,真正的无可避免的问题是性能升级。这是一个关键问题,因为大多数企业依赖可升级设备来服务I/O以迅速传输数据,借此获得收益。事实上,对于收益至上的软经济,解决存储I/O的性能瓶颈则更为重要。

  多租户工作负荷是问题的关键所在。多租户工作负荷也被称为并发或集合工作负荷,即多个用户或应用软件共享数据;分享同一存储资源的多个用户同时访问系统。这类情况不再仅仅出现于少数个别公司(例如性能需求处于主流数据中心环境边缘)。事实上,任何开展了服务器虚拟化项目的公司理论上都会产生多租户工作负荷。

  服务器虚拟化的案例中,多个虚拟服务器几乎同时产生大量I/O请求,服务器虚拟化管理程序本质上转化为一个存储I/O混合装置;有同时来自存储器的众多I/O请求。

  多租户工作负荷已不仅存在于传统的模拟领域(通常是芯片设计业或石油公司的SEG-Y数据)。现在被用在众多其他领域,其中包括,生命科学领域的DNA排序,制造业的引擎和驱动测试,政府监视图像处理,传媒和娱乐业的高清视频,及很多Web 2.0项目。

  多租户工作负荷性能需求在几乎各企业都成指数倍增长。事实上,传统的存储工作区,无论是高度定制化的SAN还是高速的NAS,都要么太复杂,要么太贵或仅仅是解决存储I/O性能问题的权宜之计。结果是,存储管理人员关注被逼不得不发布一个其用户必须采用的解决方案。

  用户不得不“忍受”的性能瓶颈会导致公司收益、用户减少或竞争优势的降低,所有这些都会对企业赢利和长期发展造成负面影响。

  对于很多存储工程师来说,提高性能的黄金标准是简化给存储系统增加更多硬盘驱动器的机制。然而,这一方式仅在存储系统有更多请求、而非更多驱动器来这些请求服务时才可运行。结果是,存储性能在驱动器增加后将继续提升。这种情境下,更多的服务器应用软件最终成为其自身的存储瓶颈,因为从某种程度上说,其不能产生足够多存储系统请求以保证驱动器持续增加。在不考虑驱动器数量的情况下,多用户工作负荷所带来的挑战是:可以轻松产生更多访问请求(相对于传统存储系统可支持的请求)。本质上看,瓶颈从缺乏服务I/O的磁盘驱动器装置转变为存储控制器或NAS自身。

  多租户工作负荷也需要一个租户或托管服务器之间共享的可扩展数据库。理想的平台应该是专门设计用于共享数据的NAS。问题在于:对于传统的NAS结构,有很多建造限制会阻碍性能、可测量性和可靠性的提高。

  服务器虚拟化或网格计算环境中,多租户应用软件或依靠单一物理服务器、或多台服务器运行单一应用软件。当前可对存储器进行相类似的结构设计。事实上,像Isilon Systems这类公司提供横向扩展NAS(构建在一个集群结构上,可升级,高IOP)来同时解决短期和长期存储I/O性能的瓶颈问题。

  对称结构

  设计横向扩展(scale-out)NAS存储系统的第一步是将其构建在一个对称结构上(可使一系列结点集合为一个整体)。在这一集群结构中,给多行业标准服务器配置SAS驱动器和网络连接以形成一个结点。每一结点由Infiniband网络或IP网络连接起来。

  symmetrically aware文件系统

  每一结点通过软件智能被连接起来,创建了一个symmetrically aware文件系统,这一系统可使不同组件成为一个整体。当这一文件系统用于硬件结点,其创建了高IOPS NAS集群——可解决当前和今后的多租户工作负荷问题。

  消除存储计算瓶颈

  正如上面所说,多租户工作负荷的情况下,无论一个传统存储系统可扩充至多大量,无论采用了多少驱动器,存储计算引擎的I/O处理能力仍将成为瓶颈所在。横向扩展NAS结构的价值在于存储计算引擎不再限于某个单一系统和某个单一控制器集合(传统NAS的状况)。

  symmetrically aware文件系统(如Isilon公司的OneFS文件系统),集群的每一结点均可提供存储计算资源。事实上,其也可确保集群中的所有结点参与进来。相比较,一些集群存储解决方案必须给每一请求指定关键结点,通常是两个。这些系统的优势是集群冗余,其性能瓶颈与传统NAS是相同的。

  有了cluster-aware文件系统,每一文件被分拆成小块,这些块被分配在集群的结点上。这样,当需要一个文件时,集群的多个结点可将数据传回发出请求的用户或应用软件。这就大幅提高了整体性能,特别是在有成百(或上千)此类请求同时从一个多租户应用软件发出时。

  对比传统存储器解决方案——在达到理论上的驱动最大值之前性能长时间不发生变动,横向扩展NAS系统的对称设计实现了在结点增加时,性能线性扩充。集群的每一结点以驱动、附加缓存、存储网络I/O以内部集群连接的形式和外在于用户的附加连接形式提供附加存储容量。并且,每一结点都有附加处理能力来处理外部和内部(复制、备份、快照管理和数据保护)请求。

  高于企业级的可靠性水平

  由于多租户环境通常支持上百个应用软件,核心是事实上其可提供高于五个九的可靠性标准(由企业级存储系统提供)的高水平可靠性。存储器的一个失误会波及上百应用软件、任务导向系统或创收型计算集群的运行。这些工作负荷或特定文件需要由特定的数据保护,因此在没有多个驱动器或结点问题出现时,仍可维持运行。

  一个高IOP的NAS集群对称环境可靠性高于企业级系统。首先,任何集群环境的内在价值取决于冗余结点。当与文件系统相联合(如Isilon的OneFS文件系统),平台则可给一个应用软件提供颗粒级甚至文件级保护。在多个驱动器或结点出现问题的情况下,实现了数据可用和可访问,同时加快了灾难恢复速度。

  传统存储系统仅限于两个控制器或head,且必须与其他任务协力以重建驱动中出现的问题。这种情况下,系统需要花费10多个小时来恢复当天的高性能驱动。并且,在满负荷的状态下,恢复时间将增加到20小时或更多。多租户工作负荷一般都是在满负荷状态下运行,结果导致重建时间相当长。

  成本收益——改进性能所需的成本支出

  最后,系统运行必须符合成本收益原则。正如本文前面所提到的,理论上通过利用专业的和昂贵的处理器,高端存储系统提供了高性能水平。扩充系统存储容量以与处理器相匹配,这一投资实际是种资金浪费。因为在系统性能与专业的昂贵处理器相匹配后,其将很快超过处理器的处理能力。现在所需要的解决方案是footprint减至最小、可实现模块级增长(与环境增长节奏一致)的方案。

  向外扩展的NAS是你改进模

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