利用对称式虚拟存储提高存储效率

虚拟化存储是一种逻辑存储方式，它可以职能地、有效地管理存储数据。简单的说，虚拟化存储其突破了物理存储的局限性，可以把物理存储设备变成完全不同的逻辑镜像，从而打破了物理设备本身不可克服的局限性。根据虚拟化存储部署方式的不同，又可以分为对称式与非对称式。笔者今天就以对称式存储为例，来分析一下通过通过虚拟存储产品来提高存储效率。
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对称式虚拟存储技术是指将虚拟存储控制设备与存储软件系统、交换设备集成为一个整体，内嵌在网络数据通路中。如上图所示，在服务器与存储设备之间，内嵌了虚拟存储驱动与高速存储控制设备。服务器在数据存储与读取的时候，是跟虚拟存储驱动和高速存储控孩在打交道，而跟存储池没有实际的关联。这个方案最重要的一个特点，就是存储数据和控制信息使用的是同一条通道。在采取这个方案时，管理员主要需要关注以下几个方面的内容：
一、大容量高速缓存可以明显提高数据传输速度。
在Oracle数据库系统中，可以通过高速缓存来提高数据库的效率。即将一些常用的数据保存在内存中，而不是在数据文件中。通过系统从内存中读取数据比从硬盘中读取数据要快几百倍的特性来提高数据库系统的效率。为此通过提高数据缓存的命中率就可以大大改善数据库系统的性能。在对称式虚拟存储方案中，也利用了类似的原理，通过大容量高速缓存来显著提高数据的传输速度。
数据缓存是在存储系统中广泛采用的位于主机和存储设备之间的中间介质。当主机从存储设备中读取数据的时候，会把与当前数据存储位置相连的数据放置到缓存中。如果某个数据多次需要用到，那么主要数据缓存空间足够的大，其就会一直保存在数据缓存中。为此当服务器第二次访问这个数据时，那么就有很大的几率能够从混存中找到所需要的数据，而不需要从存储介质中去读取。在存储解决方案中，从缓存中读取数据要比从硬盘中读取数据快的多。因为从缓存中读取数据时速度只受到电信号传播速度的影响，大大高于从硬盘读取数据时盘片机械转动的速度。当主机向存储设备中写入数据的时候，也是相同的道理。
为此在存储方案设计时，如果能够提高第二次查询的缓存命中率，就能够显著提高数据传输的速度，提高这个方案的性能。从可以特性中可以看出，对于那些一次性存储的数据，不适合采用这个方案来提高存储的性能。如对于那些视频监控方案，其保存的视频文件很可能后续都不需要用到。只有出现意外情况的时候，才会去调用。而这个意外情况出现的几率可能不足5%。对于这种情况，如果采用数据缓存来提高数据传输速度，显然效果甚微。为此一般情况下，只有对于需要重复访问某些数据的情况下，才通过通过大容量高速缓存来提高存储的性能。这一点对于企业选购虚拟存储产品有很大的指导意义。
二、成对高速存储设备提高存储的容错性能。
如上图所示，从主机到物理存储设备中，数据需要经过高速存储控制设备。这个高速存储控之设备在这个方案中起着承上启下的作用。首先，高速存储控制设备内嵌存储管理系统会将存储池中的物理硬盘虚拟为逻辑存储单元，并进行端口映射。通过这个映射，主机就看不到具体的存储设备，而只是跟某个特定的逻辑存储单元打交道。而很可能一个逻辑存储单元对应多个存储设备。其次，当主机向存储设备中写入或者读取数据的时候， 高速存储控制设备也会根据一定的对应规则，告之系统从哪边去读取数据。一般情况下，其先会判断数据高速缓存中是否有对应的数据，如果有则直接读取。如果没有的话，则会访问物理存储设备来读取相关的数据。由此可见，高速存储控制设备在这个方案中的核心作用。其不仅关系到数据传输的效率，而且还关系到数据存储的准确率。
在存储方案的设计中，我们不仅需要考虑到数据存储的效率，而且还需要关注其存储的准确率。在对称式虚拟存储方案中，就兼顾了这两方面的内容。那么其是通过什么措施来实现的呢?说出来原理也很简单，即通过增加额外的高速存储控制设备，来提高数据存储的速度与数据存储的准确率。目前市场上比较成熟的对称式虚拟存储方案中，都会配有至少两个高速存储控制设备。并且通过一种特殊的机制来保证两个高速存储控制设备系统之间数据的一致性。通过两个高速存储控制设备，不仅可以提高数据通过的效率，而且还可以进行相互核对提高数据的准确率。
三、逻辑存储单元提高了硬盘访问速度。
随着内存、CPU等硬件设备的升级，这些已经不在是影响数据存储速度的瓶颈资源。从目前来看，硬盘等存储设备的输入输出才是影响数据存储效率的瓶颈。在传统的存储方案中存储设备的控制端口与逻辑盘之间是固定的关系。也就是说，操作系统指能够一块块的访问硬盘，而不能够将数据同时写入到多块硬盘中。现在目前市场上大部分硬盘的读取速度都比跟不上内存或者CPU的速度。为此在存储系统设计的时候，不少管理员设想通过磁盘阵列来解决这个性能瓶颈。其思路就是通过同时向多块硬盘中存储或者读取数据，来提高I/O效率。这就好像多挖几个泄洪口，让其能够同时通过更大的水量。
在对称式虚拟存储系统中，主机虽然只对应到一个逻辑存储单元。而实际上一个逻辑 存储单元却对应到多块硬盘中。如此的话，服务器在保存数据的时候，就会同时往多块硬盘中写入。也就是说，如果在这个方案中采用了三块硬盘，那么从理论上说，其读取数据的性能可以提高三倍。为此在部署这个系统的时候，往往采取的物理硬盘越多，其存储的性能会更佳。这也给我们一个提高存储性能的捷径。即简单的通过增加硬盘的数量来解决硬盘输入输出的瓶颈问题。在选购虚拟存储产品的时候，如果从性能方面考虑，那么管理员还需要评估一下，这个虚拟存储方案最多可以支持多少块硬盘，即同一个逻辑存储单元可以关联到多个物理硬盘中。一般来说，其支持的数量最好能够达

超凡星  发表于: 2009-12-30