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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)別成員盤個(gè)數(shù)分條深度讀寫策略高低水位LUN歸屬4RAID組級(jí)別-RAID5滿分條寫需要修改整個(gè)分條的所有分條單元,校驗(yàn)數(shù)據(jù)由新寫入的數(shù)據(jù)計(jì)算讀改寫(小寫)要寫入的分條單元數(shù)目不足磁盤數(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(大寫)要寫入的分條單元數(shù)目超過(guò)磁盤數(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??;小寫優(yōu)化:讀寫6RAID組級(jí)別-RAID5小寫小寫操作步驟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寫數(shù)據(jù)2)RAID讀數(shù)據(jù)5)覆蓋寫目標(biāo)分條單元4)計(jì)算新校驗(yàn)數(shù)據(jù)(小寫模式)3)讀上來(lái)的數(shù)據(jù)異或7RAID組級(jí)別-RAID5大寫大寫操作步驟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)(大寫模式)3)覆蓋寫目標(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塊磁盤即可獲取數(shù)據(jù)對(duì)寫操作,需要對(duì)鏡像組內(nèi)的所有盤都寫該數(shù)據(jù),分別寫到鏡像組內(nèi)的兩塊磁盤上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)寫入成員盤和鏡像盤寫操作步驟10RAID組級(jí)別-順序讀性能對(duì)比RAID5:除去校驗(yàn)盤以后,對(duì)一個(gè)分條而言,有(N-1)塊磁盤可以同時(shí)提供數(shù)據(jù);RAID10:有N塊盤可以同時(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)盤以后,對(duì)一個(gè)分條而言,有(N-1)塊磁盤可以同時(shí)接收寫下來(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,實(shí)際上是寫一份數(shù)據(jù)再寫一份鏡像數(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的寫帶寬會(huì)優(yōu)于RAID10的寫帶寬,且RAID10的寫帶寬會(huì)略高于RAID5的寫帶寬值的一半。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)寫性能在通常的情況下,隨機(jī)寫時(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)寫性能明顯的好于RAID5的隨機(jī)寫性能。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)別成員盤個(gè)數(shù)分條深度讀寫策略高低水位LUN歸屬17隨機(jī)業(yè)務(wù)與成員盤個(gè)數(shù)的關(guān)系一塊磁盤只能承擔(dān)一定數(shù)目的隨機(jī)IO訪問(wèn)量,這是由磁盤的平均旋轉(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)的成員盤個(gè)數(shù)的時(shí)候,由于有更多的磁盤來(lái)分擔(dān)下發(fā)的隨機(jī)讀寫請(qǐng)求,隨機(jī)讀寫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。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組成員盤個(gè)數(shù)增加的變化趨勢(shì)圖22RAID5:成員盤個(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組成員盤個(gè)數(shù)增加的變化趨勢(shì)圖23RAID10:成員盤個(gè)數(shù)與持續(xù)順序讀寫業(yè)務(wù)RAID10并沒有校驗(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)順序讀寫帶寬的性能。24成員盤個(gè)數(shù)順序應(yīng)用下,單個(gè)RAID組磁盤數(shù)選擇上,推薦采用:分條深度128KB9盤RAID5RAID5RAID10RAID10在單個(gè)RAID組磁盤數(shù)選擇上,并無(wú)限制.在磁盤成為瓶頸時(shí),磁盤數(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)別成員盤個(gè)數(shù)分條深度讀寫策略高低水位LUN歸屬26分條深度-隨機(jī)寫性能RAID5和RAID10下分條深度變化隨機(jī)寫性能規(guī)律RAID5規(guī)律:隨著分條深度的增加,隨機(jī)寫IOPS先會(huì)不斷的增加,到達(dá)一定程度之后,隨機(jī)寫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)別成員盤個(gè)數(shù)分條深度讀寫策略高低水位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)額外開銷適用于可明確的IO隨機(jī)場(chǎng)景31寫策略Cache的寫策略包括三種:透寫,回寫鏡像和回寫不鏡像。鏡像Cache示意圖32寫策略需仔細(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)膶懖呗裕簩懖呗钥煽啃孕阅芡笇懜叩突貙戠R像中中回寫不鏡像低高33存儲(chǔ)配置對(duì)性能的影響RAID組級(jí)別成員盤個(gè)數(shù)分條深度讀寫策略高低水位LUN歸屬34高低水位設(shè)置存儲(chǔ)寫策略為回寫時(shí),高低水位控制Cache模塊對(duì)臟數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量和刷盤速率。
刷盤線程持續(xù)刷盤,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,如果5s之內(nèi)都沒有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)寫的性能。默認(rèn)情況下,系統(tǒng)
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