智能存儲系統(tǒng)

信息存儲與管理國家天文臺（科技處）信息與計算中心概述關鍵性的業(yè)務應用對性能、可用性、安全性以及可擴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技術的出現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)的組成四個核心部分：前端、緩存、后端、物理磁盤一個來自主機的I/O請求首先到達前端端口，然后經過緩存和后端的處理，最終在物理磁盤上存儲或獲取數據。如果被請求的數據已經保存在緩存中，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)與主機之間的接口它由兩部分組成：前端端口和前端控制器每個前端端口都擁有相應傳輸協(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部數據總線把數據傳入緩存或從緩存?zhèn)鞒鰯祿斁彺媸盏綄懭氲臄祿螅刂破飨蛑鳈C發(fā)出一個應答消息。控制器用命令隊列算法來優(yōu)化I/O處理。前端命令隊列前端命令隊列在前端控制器上實現控制器對收到的命令的執(zhí)行順序進行決策，以減少不必要的驅動器磁頭移動，改善磁盤性能。有了命令隊列，就可以根據數據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到順序執(zhí)行。命令隊列算法先進先出算法（FirstInFirstOut,FIFO）從性能角度看它是最差的尋道時間優(yōu)化算法訪問時間優(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)緩存是半導體存儲器為了減少完成主機I/O請求所需的時間，數據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，緩存可以將主機與磁盤的機械延遲隔離開，從而提升系統(tǒng)的性能帶有緩存的讀操作每當主機發(fā)出一個讀請求，前端控制器會通過查詢請求的數據是否保存在緩存中。如果在緩存中找到請求的數據，則發(fā)生一次讀緩存命中，數據被直接送到主機，無需任何磁盤操作。如果沒有在緩存中找到請求數據，稱為發(fā)生了一次緩存未命中，數據必須從硬盤讀取。帶有緩存的讀操作后端控制器負責訪問相應的磁盤并讀取請求的數據。隨后，數據被保存到緩存中并最終通過前端控制器送到主機。緩存未命中增加了I/O響應時間。Pre-read如果讀請求是順序的，可以采用預取或者稱為預讀的算法。這一過程顯著的減少了主機的響應時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I/O被寫入緩存并得到響應比直接寫入磁盤所用的時間要少得多。多個小的順序寫操作可以被合并成大的寫操作，在有緩存的情況下使得我們有機會對順序寫操作做優(yōu)化。帶有緩存的寫操作的實現回寫緩存數據被存入緩存，主機立即得到響應。一段時間后多個寫操作的數據被一起提交到磁盤。如果遇到故障，未被提交的數據有丟失的風險直接寫緩存數據被存入緩存并立即寫到磁盤中因為需要磁盤操作，寫響應時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據時。這時，如果一個I/O請求的大小超過了預先定義的值（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、隨機的I/O訪問中，這樣才更有效。好鋼用在刀刃上緩存實現緩存實現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的內存全局緩存：讀寫操作都可以使用任意空閑的內存全局緩存的管理更有效率，因為只需管理一組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：如果一個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：如果一個頁面剛剛被訪問過了，它還可能被經常訪問緩存數據保護緩存是易失性存儲器，電源故障或者其他緩存故障都會使得還沒有來得及保存到磁盤上的數據丟失。保護方法電池供電：將緩存中的數據保存到磁盤緩存鏡像：在互相獨立的內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轉存緩存中的數據?；謴凸╇姇r，數據從轉存磁盤讀到緩存，再寫回對應的磁盤中。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與磁盤進行交流，同時也提供有限的、臨時的數據存儲。磁盤端口冗余可以進一步增強可靠性情況罕見物理磁盤SCSIFCIDE/ATASASSATA固態(tài)驅動器固態(tài)硬盤的存儲介質分為兩種一種是采用閃存（FLASH芯片）作為存儲介質另外一種是采用DRAM作為存儲介質(需要獨立電源來保護數據安全)沒有機械運動部件帶來了更短的響應時間和更低的電量消耗在陣列中，閃存存儲器存儲1TB的數據消耗的能量比傳統(tǒng)磁盤驅動器少38%30個15K轉速的FC盤才能達到一個閃存驅動器的性能在性能相同的情況下，閃存驅動器能節(jié)能98%SSD固態(tài)硬盤的優(yōu)點啟動快不用磁頭，快速隨機讀取，讀延遲極小相對固定的讀取時間基于DRAM的固態(tài)硬盤寫入速度極快無噪音能耗和發(fā)熱量較低內部不存在任何機械活動部件，不會發(fā)生機械故障，也不怕碰撞、沖擊、振動工作溫度范圍更大體積小、重量輕固態(tài)硬盤的缺點成本高。每單位容量價格是傳統(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）數據損壞后難以恢復基于DRAM的固態(tài)硬盤在任何時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物理驅動器或一組RAID保護的驅動器可以被分為若干個邏輯卷，這些邏輯卷用LUN統(tǒng)一尋址。一個邏輯設備實際上是RAID組中的一個分區(qū)，但卻被主機看作是一個物理磁盤。在RAID情況下，這些邏輯設備是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屏蔽是一種數據訪問控制，它決定主機可以訪問哪些LUN。LUN屏蔽功能一般在前端控制器上實現。LUN屏蔽保證了服務器的卷訪問得到適當的控制，防止在分布式環(huán)境中的未授權訪問和意外訪問。智能存儲陣列高端存儲陣列活動－活動式陣列主機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－被動式陣列主機只能通過到該LUN的控制器的路徑進行訪問活動－被動式陣列實例EMCCLARiiON功能優(yōu)點CLARiiONFAST自動實現存儲分層，可降低成本，提高服務級別。閃存驅動器通過建立新的第0層來擴展分層能力，從而實現超高性能。UltraFlex?技術利用靈活的連接選項、在線擴展和集成未來技術的能力。光纖通道/iSCSI連接利用8個4Gb/s光纖通道和4個1Gb/siSCSI主機端口實現靈活部署。虛擬資源調配提高容量利用率；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告功能實時、動態(tài)查看虛擬環(huán)境。虛擬LUN技術通過在陣列內無中斷遷移數據，方便地管理分層存儲部署。三年“增強”支持獲得無限時在線自助服務、主動預防性遠程支持、軟件升級、24x7呼叫中心響應和9x5現場支持。CX4120/240/480/960EMCSymmetrix為業(yè)界提供了性能和容量的最高標準活動－活動式陣列實例功能優(yōu)點最高可達1PB的無縫可擴展性選擇適合您需要的容量和性能—從96到2,400個驅動器。以信息為中心的安全性獲得內置而非外加的高級RSA安全技術，以讓您的數據保持安全，降低風險，并改進法規(guī)遵從性。具有服務質量(QoS)的分層存儲利用閃存、光纖通道和串行高級技術連接(SATA)驅動器提高服務級別，降低成本。數據移動性通過在存儲層、平臺和站點之間方便快捷地復制和移動數據，讓您的信息保持高度的可移動性。系統(tǒng)管理利用EMCSymmetrixManagementConsole（一個基于瀏覽器的直觀界面）來管理配置和復制任務