自動(dòng)精簡配置詳解

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雖然服務(wù)器通過DAS、NAS、SAN連接的存儲(chǔ)設(shè)備早已不是單一的硬盤而是磁盤陣列，但是目前的操作系統(tǒng)和應(yīng)用識(shí)別存儲(chǔ)設(shè)備的方法，還是和早期服務(wù)器識(shí)別一塊硬盤的方法沒有區(qū)別。也就是說，操作系統(tǒng)和應(yīng)用認(rèn)為它們連接的磁盤陣列是一塊容量固定的“硬盤”。其實(shí)，現(xiàn)在的存儲(chǔ)陣列子系統(tǒng)，容量都不是固定的，構(gòu)成存儲(chǔ)的都是一個(gè)一個(gè)的邏輯單元，不過即便這樣，每個(gè)邏輯單元也還是被系統(tǒng)和應(yīng)用當(dāng)成固定容量的物理單元。

對(duì)于操作系統(tǒng)和應(yīng)用而言，存儲(chǔ)識(shí)別方法的改進(jìn)短期內(nèi)恐怕還有些困難。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)識(shí)別方法，在大量服務(wù)器和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)中心會(huì)帶來很多隱性成本，因?yàn)榇鎯?chǔ)空間一旦被分配，其容量都是固定的，不管這些空間是否被真的使用，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)認(rèn)為多余的空間已經(jīng)沒有了，需要另外添加磁盤。而今天，自動(dòng)精簡配置(Thin Provisioning)有望從根本上解決這種識(shí)別問題，減少數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建成本。下面我們就來詳細(xì)討論一下自動(dòng)精簡配置是如何工作的，以及自動(dòng)精簡配置部署需要注意的問題。

什么是自動(dòng)精簡配置?

自動(dòng)精簡配置是一種存儲(chǔ)管理的特性，核心原理是“欺騙”操作系統(tǒng)，讓操作系統(tǒng)認(rèn)為存儲(chǔ)設(shè)備中有很大的存儲(chǔ)空間，而實(shí)際上的物理存儲(chǔ)空間則沒有那么大。舉一個(gè)例子，在部署了自動(dòng)精簡配置之后，存儲(chǔ)系統(tǒng)可能顯示有2TB的邏輯單元，而實(shí)際上只有數(shù)百GB的物理空間可被分配。除了操作系統(tǒng)，應(yīng)用也認(rèn)為有很多剩余空間，盡管其中大部分空間都是虛擬出來的。而隨著應(yīng)用寫入越來越多的空間，物理存儲(chǔ)利用率也會(huì)越來越高。這項(xiàng)技術(shù)不會(huì)出現(xiàn)早先的有大量空間閑置，卻還無法使用的現(xiàn)象。

具體而言，如果應(yīng)用讀了一個(gè)從來沒被寫過的區(qū)域，自動(dòng)精簡配置將提供一個(gè)零緩沖帶(ZEROES Buffer。)

如上圖所示，服務(wù)器識(shí)別存儲(chǔ)設(shè)備的時(shí)候，看到的并不是真實(shí)空間，而是由自動(dòng)精簡配置虛擬出來的卷。而且只有當(dāng)服務(wù)器寫入存儲(chǔ)的時(shí)候，真實(shí)的空間才會(huì)被分配。所有的虛擬空間都是零填充的緩沖區(qū)。當(dāng)然，隨著越來越多的數(shù)據(jù)被寫入，實(shí)際存儲(chǔ)空間也可以隨需擴(kuò)展。

這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，可以自動(dòng)擴(kuò)展已經(jīng)分配的存儲(chǔ)卷。同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)這種方式可以使用戶使用接近100%的存儲(chǔ)空間。因?yàn)樗械恼鎸?shí)空間分配都與應(yīng)用寫入數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)。另一個(gè)自動(dòng)精簡配置的優(yōu)點(diǎn)在于和遠(yuǎn)程鏡像結(jié)合的時(shí)候，可以節(jié)省鏡像的空間和帶寬。采用傳統(tǒng)鏡像方法，在最初部署塊級(jí)別遠(yuǎn)程鏡像的時(shí)候，整個(gè)卷都被WAN傳輸。而使用了自動(dòng)精簡配置，管理員則可以只傳輸被使用了的空間。這可以極大的減少建立鏡像的時(shí)間，同樣的，自動(dòng)精簡配置也可以使用低成本的通信線路來傳輸數(shù)據(jù)，而且由于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)空間減小，帶寬的占用也有所降低。

自動(dòng)精簡配置的費(fèi)用節(jié)省

空間利用率的提升：費(fèi)用節(jié)省首先源于存儲(chǔ)空間利用率的提高，所以只要簡單的計(jì)算利用率具體提高了多少，就可以知道節(jié)省了多少存儲(chǔ)費(fèi)用。具體來說，你可以在部署自動(dòng)精簡配置之前，先計(jì)算一下某個(gè)應(yīng)用占用的空間，然后于自動(dòng)精簡配置之后再計(jì)算一下占用的實(shí)際空間，這個(gè)空間的節(jié)省量就是自動(dòng)精簡配置能夠達(dá)到的效率提升。一般而言，一個(gè)典型的自動(dòng)精簡配置能夠?qū)⒋鎯?chǔ)空間利用率從60%提升到80%，大約減少20%左右的存儲(chǔ)費(fèi)用。

擴(kuò)展邏輯單元的IT成本：對(duì)于一般的應(yīng)用而言，即便我們預(yù)留的空間很大，它總會(huì)將這些空間填滿，所以我們每兩三年就需要擴(kuò)展這些存儲(chǔ)卷的大小。這個(gè)擴(kuò)展用時(shí)取決于應(yīng)用、操作系統(tǒng)和磁盤陣列的能力，不過通常，操作每個(gè)卷的擴(kuò)展，都還需要占用存儲(chǔ)管理員幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間。對(duì)卷的數(shù)量較少的企業(yè)而言，每兩三年花上幾個(gè)小時(shí)倒是也沒什么，不過對(duì)于擁有大型存儲(chǔ)設(shè)備的機(jī)構(gòu)而言，可能擁有數(shù)百個(gè)卷，那么平均下來，每周都需要擴(kuò)展一兩個(gè)卷，而每個(gè)卷都需要幾個(gè)小時(shí)，這種沒意義的重復(fù)勞動(dòng)無疑占用了存儲(chǔ)管理員過多的精力。而自動(dòng)精簡配置則完全不需要手動(dòng)擴(kuò)展這些邏輯單元。

電力和制冷成本：磁盤陣列是數(shù)據(jù)中心里的耗電大戶，而且對(duì)于制冷的要求也很高。如果自動(dòng)精簡配置的部署能夠節(jié)省一些資源，比如說20%，那么電力成本的節(jié)省將十分明顯。計(jì)算ROI的時(shí)候可以得到具體的成本削減值。

需要考慮的問題和挑戰(zhàn)

就像所有的新技術(shù)一樣，自動(dòng)精簡配置也有不同的部署方法，我們也必須估計(jì)到使用期間可能遇到的一些挑戰(zhàn)和問題。

第一個(gè)挑戰(zhàn)在于，部署了自動(dòng)精簡配置之后最可能遇到的問題就是達(dá)到了最大存儲(chǔ)容量。應(yīng)用永遠(yuǎn)都以為還有很多容量，但實(shí)際上物理容量可能已經(jīng)填滿了。所以，一種可能的狀況是，當(dāng)實(shí)際空間已經(jīng)沒有空余，在新磁盤被添加之前，卷訪問將被鎖定。

自動(dòng)精簡配置將存儲(chǔ)空間是否已滿的任務(wù)從應(yīng)用服務(wù)器轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)。對(duì)于應(yīng)用服務(wù)器而言，這是一個(gè)好消息，這些服務(wù)器不用再擔(dān)心存儲(chǔ)空間問題了，但是存儲(chǔ)管理員就必須隨時(shí)跟進(jìn)實(shí)際存儲(chǔ)容量狀況，一旦容量將要被填滿，管理員就應(yīng)該及時(shí)添加新的磁盤以確保系統(tǒng)的連續(xù)性。對(duì)于一個(gè)好的系統(tǒng)而言，系統(tǒng)應(yīng)該能夠提供給存儲(chǔ)管理員相關(guān)的資訊，方便存儲(chǔ)管理員預(yù)測(cè)實(shí)際存儲(chǔ)容量的增長速率，并告知管理員什么時(shí)候應(yīng)該添加新的容量。

另一個(gè)挑戰(zhàn)在于，并不是所有的數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)都能收回已經(jīng)刪除了的空間。一些數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)總是分配新的空間，而不是刪除之后釋放的空間。當(dāng)頻繁刪除和建立文件的時(shí)候，很可能出現(xiàn)問題--自動(dòng)精簡配置系統(tǒng)將會(huì)持續(xù)要求更多的物理空間，而同時(shí)一些刪除了數(shù)據(jù)的空間卻不可用。所以我們最好在自動(dòng)精簡配置系統(tǒng)下對(duì)應(yīng)用做一下測(cè)試，看看實(shí)際存儲(chǔ)利用率到底有多大。我們也應(yīng)該問問廠商，它有沒有測(cè)量實(shí)際存儲(chǔ)資源利用率的工具，或者有沒有程序來階段性的恢復(fù)已經(jīng)刪除的空間。

對(duì)于不同的部署方案，自動(dòng)精簡配置對(duì)系統(tǒng)表現(xiàn)的影響可能也不盡相同，這取決于我們必須管理的大量的表格和文件碎片。我們建議最好向廠商索要一個(gè)全配置卷與自動(dòng)精簡配置卷的對(duì)比基準(zhǔn)。

自動(dòng)精簡配置的明天

自動(dòng)精簡配置在未來可能會(huì)成為存儲(chǔ)系統(tǒng)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著自動(dòng)精簡配置的逐漸普及，應(yīng)用和操作系統(tǒng)未來也可能會(huì)針對(duì)自動(dòng)精簡配置的卷做出一些優(yōu)化，改進(jìn)存儲(chǔ)分配機(jī)制和相關(guān)信息的提供。我們認(rèn)為，上文提到的很多問題在未來都會(huì)因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)和應(yīng)用的升級(jí)而被避免。

未來的一些技術(shù)也將會(huì)促進(jìn)自動(dòng)精簡配置的普及。其中之一就是服務(wù)器的虛擬化，特別是VMware。在服務(wù)器虛擬環(huán)境之下，每個(gè)虛擬機(jī)都有自己的啟動(dòng)卷和數(shù)據(jù)卷。啟動(dòng)卷的容量由操作系統(tǒng)和啟動(dòng)軟件共同決定，正常的容量大小與memory差不多，這是為了當(dāng)應(yīng)用失效時(shí)候，方便存儲(chǔ)轉(zhuǎn)儲(chǔ)(memory dump)。在沒有自動(dòng)精簡配置情況下，實(shí)際啟動(dòng)數(shù)據(jù)容量小于1GB時(shí)，用戶為啟動(dòng)分配4GB到8GB的容量。而自動(dòng)精簡配置之后，操作系統(tǒng)表面上可以分配8GB容量，實(shí)際上卻只有1GB。如果發(fā)生應(yīng)用失效，剩余的空間將會(huì)在創(chuàng)建存儲(chǔ)文件(memory file)時(shí)被分配。

另外一個(gè)能夠促進(jìn)自動(dòng)精簡配置普及的技術(shù)是即將到來的固態(tài)硬盤，特別是基于Flash技術(shù)的固態(tài)硬盤。因?yàn)楣虘B(tài)硬盤的價(jià)格比帶磁頭的磁盤要貴很多，基于成本考量，存儲(chǔ)管理員也都希望將固態(tài)硬盤組成的磁盤陣列的利用率提高到80%~90%。另外，固態(tài)硬盤在技術(shù)上不會(huì)遇到碎片影響表現(xiàn)的問題，因此自動(dòng)精簡配置在固態(tài)硬盤上的運(yùn)行會(huì)比傳統(tǒng)磁盤容易很多。

自動(dòng)精簡配置允許將存儲(chǔ)資源管理從應(yīng)用和文件級(jí)別移動(dòng)到存儲(chǔ)系統(tǒng)和塊級(jí)別。SRM并不特別成功的原因之一，就是在于應(yīng)用服務(wù)器和文件系統(tǒng)級(jí)別的已使用空間的測(cè)量問題。當(dāng)前的IT環(huán)境，通常傾向擁有成百上千的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備，而且操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)都各不相同，安裝維護(hù)SRM，簡直就是一場(chǎng)惡夢(mèng)。另外，SRM在塊級(jí)別文件上還不具備可視性，所以假設(shè)文件系統(tǒng)需要占用1TB空間，但卻被錯(cuò)誤的復(fù)制了3次，SRM還可能無動(dòng)于衷，不能告訴我們多占用了很多空間。如果采用了自動(dòng)精簡配置，這種情況就將被杜絕，分配的空間將在塊級(jí)別被測(cè)量，這樣所有分配的容量就可以在一個(gè)中心控制臺(tái)測(cè)量，而不受應(yīng)用服務(wù)器的類型和數(shù)量約束。除此之外，它還可以觀察塊級(jí)別文件的復(fù)制情況。相信隨著自動(dòng)精簡配置的普及，新一代的SRM軟件也將發(fā)揮更大的作用。

自動(dòng)精簡配置已經(jīng)越來越受數(shù)據(jù)中心的歡迎，因?yàn)樵摷夹g(shù)的確能夠節(jié)省很多成本和管理時(shí)間。同時(shí)，自動(dòng)精簡配置也一定程度的簡化了當(dāng)前存儲(chǔ)架構(gòu)的復(fù)雜性。誠如本文所說，也并不是所有的應(yīng)用都適合自動(dòng)精簡配置，而且我們也可能在部署自動(dòng)精簡配置的過程中遇到一些問題。不過相信這些問題會(huì)在自動(dòng)精簡配置的發(fā)展過程中逐漸被解決，而且我們也相信，隨著其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)精簡配置將成為存儲(chǔ)分配的最佳方法。(ctocio)