如何解決虛擬環(huán)境I/O瓶頸問題

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虛擬化技術(shù)在服務(wù)器應(yīng)用和合并上取得卓著成效，但是將所有的虛擬機(jī)都安裝到一臺(tái)服務(wù)器上卻給存儲(chǔ)器帶來了一點(diǎn)麻煩。

對(duì)于數(shù)據(jù)中心來說，虛擬環(huán)境下的存儲(chǔ)I/O瓶頸是一個(gè)不斷加重且長(zhǎng)期存在的問題，因?yàn)榇鎯?chǔ)控制器和頭設(shè)備會(huì)被虛擬機(jī)發(fā)出的大量I/O請(qǐng)求淹沒，從而造成處理延遲。

尋找一個(gè)解決方案來解決I/O混亂的問題已經(jīng)成為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)廠商的頭等大事。IBM、NetApp、BlueArc和Panasas等廠商都在積極開發(fā)獨(dú)特的創(chuàng)新技術(shù)來解決這個(gè)問題。

NAS和SAN解決方案供應(yīng)商NetApp的虛擬化解決方案及聯(lián)盟高級(jí)總監(jiān)Jim Sangster表示，虛擬服務(wù)器和NAS或SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)的核心問題是服務(wù)器運(yùn)行的應(yīng)用程序數(shù)量比物理服務(wù)器多得多，從而導(dǎo)致存儲(chǔ)I/O受限。

Sangster說，每一個(gè)應(yīng)用程序都會(huì)要求一個(gè)I/O資源。他說："一個(gè)虛擬化服務(wù)器也許會(huì)要求6到10個(gè)端口，這個(gè)I/O要求是物理服務(wù)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(chǔ)容量并不能解決這個(gè)問題，因?yàn)檎嬲枰氖歉玫倪B接性能。

大多數(shù)虛擬化解決方案都支持NAS、光纖通道和iSCSI存儲(chǔ)，但是并非所有的虛擬機(jī)都可以直接連接到存儲(chǔ)系統(tǒng)。當(dāng)一個(gè)虛擬機(jī)不能與存儲(chǔ)系統(tǒng)直接連接時(shí)，最常見的結(jié)果就是響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，如果情況更糟糕的話，就會(huì)出現(xiàn)存儲(chǔ)操作出錯(cuò)。

在虛擬環(huán)境下，有4個(gè)與存儲(chǔ)有關(guān)的主要瓶頸，它們分別是：1、虛擬服務(wù)器申請(qǐng)超額（oversubscription）；2、磁盤驅(qū)動(dòng)器和目標(biāo)存儲(chǔ)系統(tǒng)申請(qǐng)超額；3、SAN或NAS網(wǎng)絡(luò)中的申請(qǐng)超額；以及4、目標(biāo)存儲(chǔ)端口申請(qǐng)超額。雖然申請(qǐng)超額在IT中比較常見，但是申請(qǐng)超額中的計(jì)算誤差也可能導(dǎo)致嚴(yán)重的I/O數(shù)據(jù)流阻塞。

藍(lán)色巨人的SAN解決方案

IBM的XIV聯(lián)盟存儲(chǔ)專家Kem Clawson表示，IBM曾經(jīng)試圖用開發(fā)一種新型SAN存儲(chǔ)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(duì)付XIV的方法是開發(fā)一個(gè)針對(duì)用整體存儲(chǔ)分析技術(shù)構(gòu)建的動(dòng)態(tài)虛擬化環(huán)境進(jìn)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(shù)摘要中指出，IBM XIV存儲(chǔ)系統(tǒng)從下至上地提高了系統(tǒng)各部分的性能。

據(jù)那份技術(shù)摘要稱，利用15個(gè)12磁盤數(shù)據(jù)模塊或180個(gè)SATA磁盤，IBM可以通過一個(gè)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(dá)到2.4GBps和1.4GBps。 它之所以能夠提供這個(gè)水平的性能，是因?yàn)閄IV利用智能高速緩存算法快速分析和提煉高速緩存中的數(shù)據(jù)，從而對(duì)每一個(gè)I/O進(jìn)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(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（pNFS）技術(shù)，這種技術(shù)允許用戶直接訪問存儲(chǔ)設(shè)備，而且可以并行進(jìn)行。NetApp則采用了一種名為性能加速模塊（PAM）的技術(shù)。

BlueArc的產(chǎn)品營(yíng)銷高級(jí)經(jīng)理Gerard Sample說，pNFS解決方案消除了現(xiàn)今使用的舊NFS服務(wù)器中出現(xiàn)的可調(diào)整性和性能問題。BlueArc的Titan系列產(chǎn)品支持NAS和SAN。

Sample表示，pNFS是一種重要技術(shù)，因?yàn)樗梢詫⒒谄毡榇嬖诘腘FS標(biāo)準(zhǔn)的并行I/O的優(yōu)勢(shì)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(yīng)用性能和巨大的可調(diào)整性。"BlueArc的Titan 3200的速度性能可以達(dá)到1600mbps，I/O性能可達(dá)到380000IOPS。

Panasas的軟件架構(gòu)總監(jiān)Brent Welch表示，Panasas對(duì)pNFS的利用主要集中在將英特爾的最新高性能固態(tài)盤應(yīng)用于ActiveStor產(chǎn)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(gè)同步架構(gòu)中利用多種存儲(chǔ)技術(shù)來同時(shí)實(shí)現(xiàn)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(jí)存儲(chǔ)資源結(jié)合在一起的方式實(shí)現(xiàn)了更高水平的性能。這個(gè)架構(gòu)可以提供分布式均衡數(shù)據(jù)通道I/O，消除了性能瓶頸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)百GB每秒的性能。

NetApp利用PAM技術(shù)來解決存儲(chǔ)I/O問題

NetApp的PAM創(chuàng)新解決方案頗為引人注目，因?yàn)樗梢栽谔岣咝阅艿耐瑫r(shí)減輕FAS存儲(chǔ)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(dāng)做讀取高速緩存來使用，它可以消除高I/O要求的應(yīng)用程序與服務(wù)器之間的阻塞問題。

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

他說："配置1個(gè)或多個(gè)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(shù)據(jù)所需的時(shí)間。"

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

Sangster說："如果一個(gè)數(shù)據(jù)中心的I/O性能是受限的，那么IT每次都會(huì)選擇這種卡，不但是為了滿足信息通過量的要求而且還為了滿足性能的要求。"

要想確保存儲(chǔ)系統(tǒng)不再成為虛擬環(huán)境中的薄弱環(huán)節(jié)，IBM、NetApp、BlueArc和Panasas在技術(shù)創(chuàng)新上還有很長(zhǎng)的路要走。(存儲(chǔ)在線)