存儲分析如何解決虛擬環(huán)境I/O瓶頸問題

時間：2009-09-17 10:13:34

關鍵字： I/O BSP AN NETAPP

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[導讀] 虛擬化技術在服務器應用和合并上取得卓著成效，但是將所有的虛擬機都安裝到一臺服務器上卻給存儲器帶來了一點麻煩。對于數據中心來說，虛擬環(huán)境下的存儲I/O瓶頸是一個不斷加重且長期存在的問題，因為存儲控制

虛擬化技術在服務器應用和合并上取得卓著成效，但是將所有的虛擬機都安裝到一臺服務器上卻給存儲器帶來了一點麻煩。

對于數據中心來說，虛擬環(huán)境下的存儲I/O瓶頸是一個不斷加重且長期存在的問題，因為存儲控制器和頭設備會被虛擬機發(fā)出的大量I/O請求淹沒，從而造成處理延遲。

尋找一個解決方案來解決I/O混亂的問題已經成為數據存儲廠商的頭等大事。IBM、NetApp、BlueArc和Panasas等廠商都在積極開發(fā)獨特的創(chuàng)新技術來解決這個問題。

NAS和SAN解決方案供應商NetApp的虛擬化解決方案及聯盟高級總監(jiān)Jim Sangster表示，虛擬服務器和NAS或SAN存儲系統(tǒng)的核心問題是服務器運行的應用程序數量比物理服務器多得多，從而導致存儲I/O受限。

Sangster說，每一個應用程序都會要求一個I/O資源。他說："一個虛擬化服務器也許會要求6到10個端口，這個I/O要求是物理服務器的2到3倍。"

端口越多，連接就越多，所用的連接線纜也就越多。增加存儲容量并不能解決這個問題，因為真正需要的是更好的連接性能。

大多數虛擬化解決方案都支持NAS、光纖通道和iSCSI存儲，但是并非所有的虛擬機都可以直接連接到存儲系統(tǒng)。當一個虛擬機不能與存儲系統(tǒng)直接連接時，最常見的結果就是響應時間變長，如果情況更糟糕的話，就會出現存儲操作出錯。

在虛擬環(huán)境下，有4個與存儲有關的主要瓶頸，它們分別是：1、虛擬服務器申請超額（oversubscription）；2、磁盤驅動器和目標存儲系統(tǒng)申請超額；3、SAN或NAS網絡中的申請超額；以及4、目標存儲端口申請超額。雖然申請超額在IT中比較常見，但是申請超額中的計算誤差也可能導致嚴重的 I/O數據流阻塞。

藍色巨人的SAN解決方案

IBM的XIV聯盟存儲專家Kem Clawson表示，IBM曾經試圖用開發(fā)一種新型SAN存儲系統(tǒng)的方式來解決虛擬化環(huán)境中的I/O問題。

Clawson說："我們對付XIV的方法是開發(fā)一個針對用整體存儲分析技術構建的動態(tài)虛擬化環(huán)境進行優(yōu)化的系統(tǒng)。我們所做的很大一部分工作就是在商品硬件上開發(fā)我們的解決方案，保證它可以適用于各種情況。"

Taneja Group的分析師在2008年11月份的一份技術摘要中指出，IBM XIV存儲系統(tǒng)從下至上地提高了系統(tǒng)各部分的性能。

據那份技術摘要稱，利用15個12磁盤數據模塊或180個SATA磁盤，IBM可以通過一個XIV系統(tǒng)從高速緩存中提供100000IOPS，從磁盤提供 20000IOPS，可持續(xù)順序讀出和寫入帶寬分別達到2.4GBps和1.4GBps. 它之所以能夠提供這個水平的性能，是因為XIV利用智能高速緩存算法快速分析和提煉高速緩存中的數據，從而對每一個I/O進行了優(yōu)化。

BlueArc和Panasas選擇pNFS

與IBM的整體分析解決方案不同的是，BlueArc、NetApp和Panasas都使用了其他不同的方法來解決I/O問題。 BlueArc和Panasas主要采用并行網絡文件系統(tǒng)（pNFS）技術，這種技術允許用戶直接訪問存儲設備，而且可以并行進行。NetApp則采用了一種名為性能加速模塊（PAM）的技術。

BlueArc的產品營銷高級經理Gerard Sample說，pNFS解決方案消除了現今使用的舊NFS服務器中出現的可調整性和性能問題。BlueArc的Titan系列產品支持NAS和SAN.

Sample表示，pNFS是一種重要技術，因為它可以將基于普遍存在的NFS標準的并行I/O的優(yōu)勢都集中起來。

Sample說："并行I/O的主要好處是它可以提供很高的應用性能和巨大的可調整性。"BlueArc的Titan 3200的速度性能可以達到1600mbps，I/O性能可達到380000IOPS.

Panasas的軟件架構總監(jiān)Brent Welch表示，Panasas對pNFS的利用主要集中在將英特爾的最新高性能固態(tài)盤應用于ActiveStor產品中。

Welch說，與提供高帶寬性能或優(yōu)化IOPS的單維解決方案不同的是，ActiveStor在一個同步架構中利用多種存儲技術來同時實現高帶寬性能和優(yōu)化IOPS.

Welch說，ActiveStor通過將高速緩存、固態(tài)盤和SATA三級存儲資源結合在一起的方式實現了更高水平的性能。這個架構可以提供分布式均衡數據通道I/O，消除了性能瓶頸，同時實現數百GB每秒的性能。

NetApp利用PAM技術來解決存儲I/O問題

NetApp的PAM創(chuàng)新解決方案頗為引人注目，因為它可以在提高性能的同時減輕FAS存儲系統(tǒng)的I/O壓力。

NetApp的PAM模塊是一些16GB的插卡，可以插在PCIe插槽中當做讀取高速緩存來使用，它可以消除高I/O要求的應用程序與服務器之間的阻塞問題。

Sangster表示："通過提高信息通過量和延時性能，同時降低處于運行中的磁盤的數量，PAM可以優(yōu)化NetApp存儲系統(tǒng)的性能。"

他說："配置1個或多個PAM給I/O帶來的重要好處是訪問PAM高速緩存可以顯著減少獲取數據所需的時間。"

他補充說，在許多高性能計算環(huán)境下，問題不在于容量，而在于I/O信息通過量，即數據被寫入磁盤或從磁盤讀出的速度。