智能存儲系統(tǒng)

信息存儲與管理國家天文臺（科技處）信息與計(jì)算中心概述關(guān)鍵性的業(yè)務(wù)應(yīng)用對性能、可用性、安全性以及可擴(kuò)展性都有很高的要求。硬盤是存儲的核心組成部分，決定了存儲系統(tǒng)的性能。RAID技術(shù)的出現(xiàn)很大程度提升了存儲系統(tǒng)的性能和可靠性。然而，單靠硬盤仍然無法滿足應(yīng)用需求。智能存儲系統(tǒng)是一種功能豐富的RAID陣列，提供了高度優(yōu)化的I/O處理能力。智能存儲系統(tǒng)的組成四個(gè)核心部分：前端、緩存、后端、物理磁盤一個(gè)來自主機(jī)的I/O請求首先到達(dá)前端端口，然后經(jīng)過緩存和后端的處理，最終在物理磁盤上存儲或獲取數(shù)據(jù)。如果被請求的數(shù)據(jù)已經(jīng)保存在緩存中，那么請求可以直接在緩存中完成。前端前端提供了存儲系統(tǒng)與主機(jī)之間的接口它由兩部分組成：前端端口和前端控制器每個(gè)前端端口都擁有相應(yīng)傳輸協(xié)議的處理邏輯，這些協(xié)議包括：SCSI、FC、iSCSI等為了獲取更高的可用性，一般在前端提供冗余的端口前端控制器通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線把數(shù)據(jù)傳入緩存或從緩存?zhèn)鞒鰯?shù)據(jù)當(dāng)緩存收到寫入的數(shù)據(jù)后，控制器向主機(jī)發(fā)出一個(gè)應(yīng)答消息。控制器用命令隊(duì)列算法來優(yōu)化I/O處理。前端命令隊(duì)列前端命令隊(duì)列在前端控制器上實(shí)現(xiàn)控制器對收到的命令的執(zhí)行順序進(jìn)行決策，以減少不必要的驅(qū)動(dòng)器磁頭移動(dòng)，改善磁盤性能。有了命令隊(duì)列，就可以根據(jù)數(shù)據(jù)在磁盤上的組織方式并發(fā)的執(zhí)行命令，而不是按照這些命令的達(dá)到順序執(zhí)行。命令隊(duì)列算法先進(jìn)先出算法（FirstInFirstOut,FIFO）從性能角度看它是最差的尋道時(shí)間優(yōu)化算法訪問時(shí)間優(yōu)化算法高速緩存緩存是智能存儲系統(tǒng)用來提高I/O性能的重要環(huán)節(jié)緩存是半導(dǎo)體存儲器為了減少完成主機(jī)I/O請求所需的時(shí)間，數(shù)據(jù)被暫存在緩存中物理磁盤是智能存儲系統(tǒng)中最慢的組件，緩存可以將主機(jī)與磁盤的機(jī)械延遲隔離開，從而提升系統(tǒng)的性能帶有緩存的讀操作每當(dāng)主機(jī)發(fā)出一個(gè)讀請求，前端控制器會(huì)通過查詢請求的數(shù)據(jù)是否保存在緩存中。如果在緩存中找到請求的數(shù)據(jù)，則發(fā)生一次讀緩存命中，數(shù)據(jù)被直接送到主機(jī)，無需任何磁盤操作。如果沒有在緩存中找到請求數(shù)據(jù)，稱為發(fā)生了一次緩存未命中，數(shù)據(jù)必須從硬盤讀取。帶有緩存的讀操作后端控制器負(fù)責(zé)訪問相應(yīng)的磁盤并讀取請求的數(shù)據(jù)。隨后，數(shù)據(jù)被保存到緩存中并最終通過前端控制器送到主機(jī)。緩存未命中增加了I/O響應(yīng)時(shí)間。Pre-read如果讀請求是順序的，可以采用預(yù)取或者稱為預(yù)讀的算法。這一過程顯著的減少了主機(jī)的響應(yīng)時(shí)間讀命中率的提高帶來性能上的提升帶有緩存的寫操作帶有緩存的寫操作提供了比直接寫磁盤更好的性能。一個(gè)I/O被寫入緩存并得到響應(yīng)比直接寫入磁盤所用的時(shí)間要少得多。多個(gè)小的順序?qū)懖僮骺梢员缓喜⒊纱蟮膶懖僮鳎谟芯彺娴那闆r下使得我們有機(jī)會(huì)對順序?qū)懖僮髯鰞?yōu)化。帶有緩存的寫操作的實(shí)現(xiàn)回寫緩存數(shù)據(jù)被存入緩存，主機(jī)立即得到響應(yīng)。一段時(shí)間后多個(gè)寫操作的數(shù)據(jù)被一起提交到磁盤。如果遇到故障，未被提交的數(shù)據(jù)有丟失的風(fēng)險(xiǎn)直接寫緩存數(shù)據(jù)被存入緩存并立即寫到磁盤中因?yàn)樾枰疟P操作，寫響應(yīng)時(shí)間比較長跳過緩存寫的情況在特定的情況下緩存可以被跳過比如要寫入極大量的數(shù)據(jù)時(shí)。這時(shí)，如果一個(gè)I/O請求的大小超過了預(yù)先定義的值（稱為寫旁入大?。瑢懭氩僮鞅恢苯影l(fā)送到磁盤以防這些寫入占用大量的緩存區(qū)域。有限的緩存要用在小的、隨機(jī)的I/O訪問中，這樣才更有效。好鋼用在刀刃上緩存實(shí)現(xiàn)緩存實(shí)現(xiàn)分為專用緩存和全局緩存專用緩存：讀操作和寫操作分別使用單獨(dú)的內(nèi)存全局緩存：讀寫操作都可以使用任意空閑的內(nèi)存全局緩存的管理更有效率，因?yàn)橹恍韫芾硪唤M全局的地址緩存管理緩存是昂貴、有限的資源，需要合適的管理緩存管理算法最近最少訪問算法（LeastRecentlyUsed,LRU）假設(shè)：如果一個(gè)頁面剛剛被訪問過了，它就不太可能再被訪問最近最多訪問算法（MostRecentlyUsed,MRU）假設(shè)：如果一個(gè)頁面剛剛被訪問過了，它還可能被經(jīng)常訪問緩存數(shù)據(jù)保護(hù)緩存是易失性存儲器，電源故障或者其他緩存故障都會(huì)使得還沒有來得及保存到磁盤上的數(shù)據(jù)丟失。保護(hù)方法電池供電：將緩存中的數(shù)據(jù)保存到磁盤緩存鏡像：在互相獨(dú)立的內(nèi)存條不同位置保存兩份緩存跳躍：用一組物理硬盤在停電時(shí)轉(zhuǎn)存緩存中的數(shù)據(jù)?；謴?fù)供電時(shí)，數(shù)據(jù)從轉(zhuǎn)存磁盤讀到緩存，再寫回對應(yīng)的磁盤中。后端后端提供了緩存和物理磁盤之間的接口兩部分組成：后端端口和后端控制器后端控制器在做讀寫操作時(shí)與磁盤進(jìn)行交流，同時(shí)也提供有限的、臨時(shí)的數(shù)據(jù)存儲。磁盤端口冗余可以進(jìn)一步增強(qiáng)可靠性情況罕見物理磁盤SCSIFCIDE/ATASASSATA固態(tài)驅(qū)動(dòng)器固態(tài)硬盤的存儲介質(zhì)分為兩種一種是采用閃存（FLASH芯片）作為存儲介質(zhì)另外一種是采用DRAM作為存儲介質(zhì)(需要獨(dú)立電源來保護(hù)數(shù)據(jù)安全)沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件帶來了更短的響應(yīng)時(shí)間和更低的電量消耗在陣列中，閃存存儲器存儲1TB的數(shù)據(jù)消耗的能量比傳統(tǒng)磁盤驅(qū)動(dòng)器少38%30個(gè)15K轉(zhuǎn)速的FC盤才能達(dá)到一個(gè)閃存驅(qū)動(dòng)器的性能在性能相同的情況下，閃存驅(qū)動(dòng)器能節(jié)能98%SSD固態(tài)硬盤的優(yōu)點(diǎn)啟動(dòng)快不用磁頭，快速隨機(jī)讀取，讀延遲極小相對固定的讀取時(shí)間基于DRAM的固態(tài)硬盤寫入速度極快無噪音能耗和發(fā)熱量較低內(nèi)部不存在任何機(jī)械活動(dòng)部件，不會(huì)發(fā)生機(jī)械故障，也不怕碰撞、沖擊、振動(dòng)工作溫度范圍更大體積小、重量輕固態(tài)硬盤的缺點(diǎn)成本高。每單位容量價(jià)格是傳統(tǒng)硬盤的5~10倍（基于閃存），甚至200~300倍（基于DRAM）。容量低易受到某些外界因素的不良影響。如斷電（基于DRAM的固態(tài)硬盤尤甚）、磁場干擾、靜電等。寫入壽命有限（基于閃存）數(shù)據(jù)損壞后難以恢復(fù)基于DRAM的固態(tài)硬盤在任何時(shí)候的能耗都高于傳統(tǒng)硬盤邏輯單元編號邏輯單元編號：LogicalUnitNumber,LUN物理驅(qū)動(dòng)器或一組RAID保護(hù)的驅(qū)動(dòng)器可以被分為若干個(gè)邏輯卷，這些邏輯卷用LUN統(tǒng)一尋址。一個(gè)邏輯設(shè)備實(shí)際上是RAID組中的一個(gè)分區(qū)，但卻被主機(jī)看作是一個(gè)物理磁盤。在RAID情況下，這些邏輯設(shè)備是RAID組的一部分，分布在所有屬于該RAID組的磁盤上。LUN的使用提高了磁盤的利用率。LUN屏蔽LUN屏蔽是一種數(shù)據(jù)訪問控制，它決定主機(jī)可以訪問哪些LUN。LUN屏蔽功能一般在前端控制器上實(shí)現(xiàn)。LUN屏蔽保證了服務(wù)器的卷訪問得到適當(dāng)?shù)目刂?，防止在分布式環(huán)境中的未授權(quán)訪問和意外訪問。智能存儲陣列高端存儲陣列活動(dòng)－活動(dòng)式陣列主機(jī)可以利用任何可用的路徑去訪問它的LUN中檔存儲陣列活動(dòng)－被動(dòng)式陣列主機(jī)只能通過到該LUN的控制器的路徑進(jìn)行訪問活動(dòng)－被動(dòng)式陣列實(shí)例EMCCLARiiON功能優(yōu)點(diǎn)CLARiiONFAST自動(dòng)實(shí)現(xiàn)存儲分層，可降低成本，提高服務(wù)級別。閃存驅(qū)動(dòng)器通過建立新的第0層來擴(kuò)展分層能力，從而實(shí)現(xiàn)超高性能。UltraFlex?技術(shù)利用靈活的連接選項(xiàng)、在線擴(kuò)展和集成未來技術(shù)的能力。光纖通道/iSCSI連接利用8個(gè)4Gb/s光纖通道和4個(gè)1Gb/siSCSI主機(jī)端口實(shí)現(xiàn)靈活部署。虛擬資源調(diào)配提高容量利用率；簡化并加速跨存儲陣列層分配存儲容量的過程。支持虛擬化的管理使用端到端映射和報(bào)告功能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)查看虛擬環(huán)境。虛擬LUN技術(shù)通過在陣列內(nèi)無中斷遷移數(shù)據(jù)，方便地管理分層存儲部署。三年“增強(qiáng)”支持獲得無限時(shí)在線自助服務(wù)、主動(dòng)預(yù)防性遠(yuǎn)程支持、軟件升級、24x7呼叫中心響應(yīng)和9x5現(xiàn)場支持。CX4120/240/480/960EMCSymmetrix為業(yè)界提供了性能和容量的最高標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)－活動(dòng)式陣列實(shí)例功能優(yōu)點(diǎn)最高可達(dá)1PB的無縫可擴(kuò)展性選擇適合您需要的容量和性能—從96到2,400個(gè)驅(qū)動(dòng)器。以信息為中心的安全性獲得內(nèi)置而非外加的高級RSA安全技術(shù)，以讓您的數(shù)據(jù)保持安全，降低風(fēng)險(xiǎn)，并改進(jìn)法規(guī)遵從性。具有服務(wù)質(zhì)量(QoS)的分層存儲利用閃存、光纖通道和串行高級技術(shù)連接(SATA)驅(qū)動(dòng)器提高服務(wù)級別，降低成本。數(shù)據(jù)移動(dòng)性通過在存儲層、平臺和站點(diǎn)之間方便快捷地復(fù)制和移動(dòng)數(shù)據(jù)，讓您的信息保持高度的可移動(dòng)性。系統(tǒng)管理利用EMCSymmetrixManagementConsole（一個(gè)基于瀏覽器的直觀界面）來管理配置和復(fù)制任務(wù)