圖2-1 在多主機的數(shù)據(jù)流同時訪問時小規(guī)模磁盤陣列總性能的衰減
2.3.1 單主機連接情況下的磁盤陣列存儲系統(tǒng)性能
一般在單主機連接的情況下，磁盤或磁盤陣列擁有最好的性能。由于目前幾乎所有的操作系統(tǒng)都是基于本身獨自占有的文件系統(tǒng)，即文件系統(tǒng)只能被一個單一的操作系統(tǒng)所獨有，所以操作系統(tǒng)或基于操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件可以在對存儲系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)讀寫的時候，針對磁盤存儲系統(tǒng)的讀寫特點，無論操作系統(tǒng)還是應(yīng)用軟件都會對讀寫方式做最優(yōu)化處理，以減少磁盤的物理尋道次數(shù)，降低磁盤的機械反應(yīng)時間。每個程序進程的數(shù)據(jù)請求對其它的數(shù)據(jù)請求來說是不確定的，但由于操作系統(tǒng)本身的對數(shù)據(jù)訪問的管理和控制，所有出自該操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)請求都被操作系統(tǒng)做了有序化處理，因此對于磁盤或磁盤陣列來說，數(shù)據(jù)讀寫請求是被優(yōu)化過的，或者說在經(jīng)過優(yōu)化以后沒有任何變化，這個時候存儲系統(tǒng)擁有最佳的性能。
作為磁盤陣列，雖然在操作系統(tǒng)和各個磁盤驅(qū)動器之間增加了一層RAID 控制器，但目前所有的RAID 控制器本身只作為對磁盤容錯的管理和校驗的計算等一些必要的操作，并不對數(shù)據(jù)請求做合并、重新排序和優(yōu)化處理，因為它的設(shè)計出發(fā)點是建立在單個主機連接的已經(jīng)經(jīng)過操作系統(tǒng)優(yōu)化的和排序的數(shù)據(jù)請求的基礎(chǔ)之上，它所擁有的緩存也只有直接緩存和計算緩存的功能，不對數(shù)據(jù)做排隊處理，只是將主機端口過來的數(shù)據(jù)按著先進先計算先出的方式通過CPU 計算校驗以后寫入磁盤。緩存的性能雖然非?？?，但其容量相對于多媒體數(shù)據(jù)來說并不足夠大，在很快寫滿緩存以后，速度立即衰減到實際操作磁盤的速度。
所以RAID 控制器的功能只是將許多磁盤組成一個或多個大的容錯的磁盤，并且利用每個磁盤上的緩存的緩沖存儲功能提高整體的數(shù)據(jù)讀寫速度，RAID 控制器的讀緩存可以在短時間內(nèi)再次讀取同一數(shù)據(jù)的情況下明顯提高磁盤陣列的讀性能。整個磁盤陣列的實際的最高讀寫速度受到主機通道帶寬、控制器CPU 的校驗計算和系統(tǒng)控制能力（RAID 引擎）、磁盤通道帶寬和磁盤性能（每個磁盤有自己的最高性能，這里指多個磁盤總的實際性能）中的最低值的限制。另外，操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)請求的優(yōu)化基礎(chǔ)與RAID 格式不匹配，也會對磁盤陣列的性能造成很大的影響，如I/O 請求的數(shù)據(jù)塊大小與RAID 的數(shù)據(jù)段大小不匹配等。
2.3.2 多主機同時訪問下，傳統(tǒng)磁盤陣列存儲系統(tǒng)的性能變化
首先，分析在視音頻應(yīng)用環(huán)境中來自不同主機的多個媒體流對小規(guī)模磁盤陣列存儲系統(tǒng)性能的影響。
小規(guī)模磁盤陣列存儲系統(tǒng)一般擁有單個或一對冗余的磁盤陣列控制器，所能連接的磁盤的數(shù)量較少，具有基本的容錯和管理功能，結(jié)構(gòu)相對簡單。
在存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的多主機共享存儲環(huán)境中，雖然每臺主機對自己所發(fā)出的數(shù)據(jù)請求做了排序和優(yōu)化，但各個主機之間的數(shù)據(jù)流對共享的存儲系統(tǒng)來說是無序的，導(dǎo)致了更多的磁盤重新尋道次數(shù)、更多的數(shù)據(jù)段頭尾信息和更多的數(shù)據(jù)碎片讀出、合并、校驗計算和再寫入過程。這樣導(dǎo)致存儲的性能比單主機連接時下降許多，主機連接得越多，磁盤系統(tǒng)的性能下降的幅度就越大。
圖2-1 顯示了一個磁盤陣列在多主機同時訪問的環(huán)境中的測試結(jié)果，多主機的同時訪問造成磁盤陣列總性能的衰減。一般情況下，不同磁盤陣列、不同的磁盤陣列設(shè)置和使用不同種類的磁盤驅(qū)動器，測試結(jié)果會稍有不同，但都不可避免地出現(xiàn)性能明顯衰減的狀況。
圖2-1 在多主機的數(shù)據(jù)流同時訪問時小規(guī)模磁盤陣列總性能的衰減
其次，分析在視音頻應(yīng)用環(huán)境中來自不同主機的多個媒體流對大規(guī)模磁盤陣列存儲系統(tǒng)性能的影響。
所謂大規(guī)模磁盤陣列存儲系統(tǒng)，一般是指在一個存儲系統(tǒng)中使用總線結(jié)構(gòu)或交叉點交換結(jié)構(gòu)將多個存儲子系統(tǒng)（磁盤陣列）連接起來，并在總線中或交換結(jié)構(gòu)中使用大容量的緩存和用于更多主機連接的類似于通道集線器或交換機的主機連接模塊，最后通過復(fù)雜的存儲管理軟件組合成的大型的存儲系統(tǒng)。這種存儲系統(tǒng)可以提供比單個小的磁盤陣列更大的容量和更高的性能。象采用總線結(jié)構(gòu)的EMC 的Symmetrix 系統(tǒng)在單個磁盤陣列的性能只能達到25 至50M 字節(jié)/秒時，它的最高性能就可以到100M 字節(jié)/秒，甚至在使用RAID10 （磁盤鏡像）時最高可到200 至300M 字節(jié)/秒。象采用總線結(jié)構(gòu)和交叉點交換結(jié)構(gòu)（最新的系統(tǒng)）日立的兩種存儲系統(tǒng)，也可以到類似于Symmetrix RAID10 的實際性能。
一般在這類存儲系統(tǒng)中緩存對性能都有巨大的貢獻，但只有在事務(wù)處理應(yīng)用和類似于郵電計費的應(yīng)用中才起作用。幾十G 字節(jié)的緩存可以存儲數(shù)小時的事務(wù)處理數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以從容地在空閑時將數(shù)據(jù)寫入磁盤，物理卷的非常小的數(shù)據(jù)段設(shè)置也足以說明這類存儲系統(tǒng)只適合于事務(wù)處理類應(yīng)用。對于多媒體數(shù)據(jù)來說幾十G 字節(jié)的緩存相當于幾十秒或幾分鐘的數(shù)據(jù)量，緩存
寫滿以后將考驗系統(tǒng)直接從磁盤上訪問數(shù)據(jù)的能力。而一般的這類系統(tǒng)雖然擁有幾十個100M 字節(jié)/秒帶寬的光纖通道主機連接端口，但內(nèi)部集成的多個磁盤陣列子系統(tǒng)與一般的用于事務(wù)處理的磁盤陣列并沒有什么不同，磁盤陣列子系統(tǒng)的一個控制器的一個邏輯單元的性能在只有一個主機訪問這個邏輯單元的情況下可以有25 至50M 字節(jié)左右的實際性能。在多主機訪問同一個邏輯單元的情況下，由于在所有的這些系統(tǒng)中沒有數(shù)據(jù)重新排序和優(yōu)化功能（總線結(jié)構(gòu)和交叉點交換結(jié)構(gòu)決定了這一點），所以同樣會產(chǎn)生較大的性能影響。
但這種性能衰減與小規(guī)模的磁盤陣列的性能衰減有所不同。由于在這種大規(guī)模磁盤陣列存儲系統(tǒng)內(nèi)部包括了相對獨立的多個磁盤陣列子系統(tǒng)（例如四個或八個），每個磁盤陣列子系統(tǒng)由一對磁盤控制器組成，在不同的主機訪問不同的磁盤陣列子系統(tǒng)時各自的性能不受影響，只受到系統(tǒng)總線帶寬的限制。所以在多主機的數(shù)據(jù)流訪問平均分布在不同的存儲子系統(tǒng)中時，它的多主機的支持能力可以是小規(guī)模磁盤陣列系統(tǒng)的幾倍。
在這種大規(guī)模磁盤陣列存儲系統(tǒng)中，一個邏輯單元只能建立在單個磁盤子系統(tǒng)中，由于單個磁盤陣列子系統(tǒng)的內(nèi)部串行結(jié)構(gòu)，決定了一個邏輯單元只能通過一個串行路徑來提供給用戶，所以大規(guī)模磁盤陣列存儲系統(tǒng)并不能提高單個邏輯單元的性能。單個邏輯單元的性能很低，一般只有25 至50M 字節(jié)/秒的實際性能。但在事務(wù)處理類應(yīng)用中這種結(jié)構(gòu)大大提高了性能，因為在這類應(yīng)用中可以根據(jù)事務(wù)處理的特點，每個事務(wù)處理數(shù)據(jù)都非常小，但數(shù)量龐大有一定的統(tǒng)計規(guī)律性，可以利用數(shù)據(jù)庫將同時到來的事務(wù)處理數(shù)據(jù)分類，將它們盡量平均分布在不同的磁盤子系統(tǒng)中，同時利用磁盤子系統(tǒng)外部的大容量緩存，可以大大地提高整個存儲系統(tǒng)的性能。而對于視音頻數(shù)據(jù)流的應(yīng)用，用戶數(shù)據(jù)訪問的單個數(shù)據(jù)流一般都很大，但訪問次數(shù)相對較小，即使有一定的規(guī)律性也有可能發(fā)生對不同邏輯單元的需求不均衡的現(xiàn)象，這樣極易造成某個邏輯單元阻塞或性能明顯下降。所以這種大規(guī)模磁盤陣列存儲系統(tǒng)并不適合使用于視音頻和多媒體的應(yīng)用領(lǐng)域。
第三，在視音頻應(yīng)用環(huán)境中來自不同主機的多個媒體流對NAS 存儲系統(tǒng)性能的影響。
NAS 存儲系統(tǒng)是建立在傳統(tǒng)RAID 技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)揮單個主機連接時磁盤陣列系統(tǒng)擁有最好的性能的特點，使用NFS 和CIFS 協(xié)議將瘦服務(wù)器連接的存儲系統(tǒng)通過以太網(wǎng)共享給外部的用戶。由于瘦服務(wù)器削減了與存儲管理和數(shù)據(jù)通訊無關(guān)的各種功能，優(yōu)化了TCP/IP 協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸能力，同時使用多個（目前最多十個）并行的TCP/IP 數(shù)據(jù)傳輸，使單個NAS 存儲系統(tǒng)的最大共享速度可以達到60M 字節(jié)/秒左右。
在多主機連接的環(huán)境中，由于使用的是以太網(wǎng)的連接，來自不同主機的數(shù)據(jù)進入瘦服務(wù)器以后通過瘦服務(wù)器的操作系統(tǒng)或數(shù)據(jù)管理應(yīng)用軟件的管理和重新排序后以最優(yōu)的方式寫入磁盤系統(tǒng)，這樣一來磁盤系統(tǒng)本身沒有明顯的性能衰減。這也是NAS 存儲能在目前得到相當?shù)陌l(fā)展的一個主要的原因之一，它的特點使它適合應(yīng)用于需要數(shù)據(jù)共享的應(yīng)用環(huán)境當中。
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