I/O路徑的下一站(但不是最后一站)是設備和子系統,它們處于總線的另一端或在主機I/O控制器的網絡上。 1.存儲子系統 存儲子系統是一組設備的集合,這些設備使用共同的配電源、包裝或管理系統策略,存儲子系統的例子如RAID系統和磁帶庫。這兩種類型的子系統都具有多個設備,但在I/O路徑上就像單一的系統一樣。 在功能上,存儲子系統的范圍從簡單的產品(把電源和包裝盒并入單一的機柜),到復雜的計算機,(它們擁有如鏡向、分條及備份等存儲管理功能)。存儲子系統在I/O總線上通常擁有一個或多個地址,而存儲子系統中的設備則按作為屬于它們的LUN由主機I/O控制器尋址。另一個常見的方法是利用虛擬化技術,將子系統中的設備看作單個的大型設備。這可以通過一個完全分離且獨立的I/O總線或網絡來實現,這些I/O總線或網絡處于子系統內部,連接所有內部設備。內部總線和網絡由一個子系統控制器管理,藉此來屏蔽子系統內部設備通信的復雜性。換言之,虛擬管理使子系統對主機是透明的。 2.磁盤驅動器 最常見的電子存儲設備是磁盤驅動器。過去20年中,磁盤驅動器工業的進展是一個奇跡。通常人們總是把計算能力的快速進展歸功于處理器,但事實上,如果沒有磁盤驅動技術的巨大貢獻,這種計算上的進展是不可能的。 除了容量之外,衡量磁盤的另外兩個重要的標準為可靠性和性能。現在就探討這兩個問題,并討論它們對于存儲網絡領域的適用性。 1)可靠性:MTBF和MTTR 即使磁盤技術發展的空間變得越來越小,磁盤的可靠性仍在變得越來越好。磁盤可靠性的指標之一是所謂的平均故障間隔時間(MTBF)值。一般情況下,MTBF值并不表示一個特定設備可能持續運行的時間,而是給出一個設備可能失敗的統計近似值。 很明顯,假如一個產品開發的時間相對較短,那么就沒有辦法測試該產品的壽命期望值。例如,假如開發并批量生產某產品僅花18個月的時間,而該產品的壽命期望值是6年,要想測試它的壽命則是不可能的,因為到公司測試這個產品6年時間結束時,也許它已經被封存4年了,這就是統計估計必要性的原因所在。 但是,顧客需要一個確定產品可靠性的方法,制造商也需要一種辦法與顧客溝通,以達成信任。因此,出現了MTBF的計算。事實上,沒有計算MTBF的標準,公司可以自由地選擇任何合理的方法來計算。下面三種方法是常用的基本技術: 在多個設備上運行同樣的測試,時間為幾個月。除以這段時間內在所有設備上運行的小時數,再除以失敗的次數。 在延長時間內繼續運行測試(這段延長時間稱作繼續可靠性測試),按前面的技術計算出MTBF。 用在某個時期內出售的設備數乘以那段時間的小時數,取這個乘積,再除以失敗的驅動器個數,獲得MTBF值。 遺憾的是,這些方法中沒有一個是很精確的,因為測試環境并不是真實的(即是實驗室環境,而不是辦公室環境),或者搜集的數據是不確定的(有多少售出的驅動器正在使用,發生故障返回的有多少)。 平均修復時間(MTTR)也是一個可靠性的計算方法,公司用它來表示他們產品的模塊性,也表示這些模塊的更換快慢。對于某些設備,MTTR數不再有意義,因為更換一個設備比修復一個設備更劃算。而在如RAID這樣的設備中,由于使用冗余設備,某個單個驅動器的損壞并不影響對數據的訪問,因而,MTTR數的意義也顯得不大。 2)轉速 磁盤驅動器的轉速既表示了驅動器的轉動延時,也表示流式數據的I/O性能。在高吞吐量網絡存儲應用中,如文件服務和備份,轉動延時是一個很重要的問題。磁盤驅動器轉速越快,磁頭花在等待數據讀/寫時間越短,數據的傳輸也就越快。轉動延時的時間量一般很小,大約在2~10微秒之內,但累積每一個磁盤操作所花費的轉動延時,其結果對性能的影響也很大。當等待數據從磁盤上讀出時,其他的進程也將延遲。綜上所述,當對一個設備上的數據進行持續訪問時,要考慮到每個微對性能產生的影響。為了明白累積效應,我們可以對它進行粗略地估計,一般而言,請求一次文件服務器上的一個文件,將會導致5、10、25個或更多的單獨的磁盤驅動器的讀請求,拿這個數乘以服務器上的并發請求數(100、200、500),其乘積就是累積的延時。由此可知道,盡可能減少合理的延時是多么的必要。例如,磁盤的平均延時是5微秒,每個文件有10個讀操作,隊列中有200個并發用戶,那么,單就磁盤轉動延時一項就導致10秒的延遲。因此,在一個負荷很重的網站,速度很慢就并不令人驚訝。假如文件很大,而且每次訪問的文件數相對較少,轉動延時也是一個重要的問題。在計算機圖形學和圖像處理領域,由于存儲網絡能夠提供對大文件的高速I/O處理能力,因而取得了成功。過去這些領域 一直是HIPPI所壟斷的領域,現在正讓位于光纖路徑。對于這些領域,磁盤的轉速直接關系到I/O的性能。例如,SGI的XFS文件系統把文件存儲在大的連續的磁盤扇區,使文件每次讀取的時間加長,進而加快了讀出速度。快速的磁盤轉動意味著快速的數據讀出。注意存儲網絡要求相對快的磁盤轉動速度,為存儲網絡應用購置的新磁盤轉速應超過10000prm。
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