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分析:如何解决虚拟环境I/O瓶颈问题

    虚拟化技术在服务器应用和合并上取得卓著成效,但是将所有的虚拟机都安装到一台服务器上却给存储器带来了一点麻烦。 

  对于数据中心来说,虚拟环境下的存储I/O瓶颈是一个不断加重且长期存在的问题,因为存储控制器和头设备会被虚拟机发出的大量I/O请求淹没,从而造成处理延迟。 

  寻找一个解决方案来解决I/O混乱的问题已经成为数据存储厂商的头等大事。IBM、NetApp、BlueArc和Panasas等厂商都在积极开发独特的创新技术来解决这个问题。 

  NAS和SAN解决方案供应商NetApp的虚拟化解决方案及联盟高级总监Jim Sangster表示,虚拟服务器和NAS或SAN存储系统的核心问题是服务器运行的应用程序数量比物理服务器多得多,从而导致存储I/O受限。 

  Sangster说,每一个应用程序都会要求一个I/O资源。他说:"一个虚拟化服务器也许会要求6到10个端口,这个I/O要求是物理服务器的2到3倍。" 

  端口越多,连接就越多,所用的连接线缆也就越多。增加存储容量并不能解决这个问题,因为真正需要的是更好的连接性能。 

  大多数虚拟化解决方案都支持NAS、光纤通道和iSCSI存储,但是并非所有的虚拟机都可以直接连接到存储系统。当一个虚拟机不能与存储系统直接连接时,最常见的结果就是响应时间变长,如果情况更糟糕的话,就会出现存储操作出错。 

  在虚拟环境下,有4个与存储有关的主要瓶颈,它们分别是:1、虚拟服务器申请超额(oversubscription);2、磁盘驱动器和目标存储系统申请超额;3、SAN或NAS网络中的申请超额;以及4、目标存储端口申请超额。虽然申请超额在IT中比较常见,但是申请超额中的计算误差也可能导致严重的I/O数据流阻塞。 

  蓝色巨人的SAN解决方案 

  IBM的XIV联盟存储专家Kem Clawson表示,IBM曾经试图用开发一种新型SAN存储系统的方式来解决虚拟化环境中的I/O问题。 

  Clawson说:"我们对付XIV的方法是开发一个针对用整体存储分析技术构建的动态虚拟化环境进行优化的系统。我们所做的很大一部分工作就是在商品硬件上开发我们的解决方案,保证它可以适用于各种情况。" 

  Taneja Group的分析师在2008年11月份的一份技术摘要中指出,IBM XIV存储系统从下至上地提高了系统各部分的性能。 

  据那份技术摘要称,利用15个12磁盘数据模块或180个SATA磁盘,IBM可以通过一个XIV系统从高速缓存中提供100000IOPS,从磁盘提供20000IOPS,可持续顺序读出和写入带宽分别达到2.4GBps和1.4GBps。 它之所以能够提供这个水平的性能,是因为XIV利用智能高速缓存算法快速分析和提炼高速缓存中的数据,从而对每一个I/O进行了优化。

   BlueArc和Panasas选择pNFS 

  与IBM的整体分析解决方案不同的是,BlueArc、NetApp和Panasas都使用了其他不同的方法来解决I/O问题。 BlueArc和Panasas主要采用并行网络文件系统(pNFS)技术,这种技术允许用户直接访问存储设备,而且可以并行进行。NetApp则采用了一种名为性能加速模块(PAM)的技术。 

  BlueArc的产品营销高级经理Gerard Sample说,pNFS解决方案消除了现今使用的旧NFS服务器中出现的可调整性和性能问题。BlueArc的Titan系列产品支持NAS和SAN。 

  Sample表示,pNFS是一种重要技术,因为它可以将基于普遍存在的NFS标准的并行I/O的优势都集中起来。 

  Sample说:"并行I/O的主要好处是它可以提供很高的应用性能和巨大的可调整性。"BlueArc的Titan 3200的速度性能可以达到1600mbps,I/O性能可达到380000IOPS。 

  Panasas的软件架构总监Brent Welch表示,Panasas对pNFS的利用主要集中在将英特尔的最新高性能固态盘应用于ActiveStor产品中。 

  Welch说,与提供高带宽性能或优化IOPS的单维解决方案不同的是,ActiveStor在一个同步架构中利用多种存储技术来同时实现高带宽性能和优化IOPS。 

  Welch说,ActiveStor通过将高速缓存、固态盘和SATA三级存储资源结合在一起的方式实现了更高水平的性能。这个架构可以提供分布式均衡数据通道I/O,消除了性能瓶颈,同时实现数百GB每秒的性能。 

    NetApp利用PAM技术来解决存储I/O问题 

  NetApp的PAM创新解决方案颇为引人注目,因为它可以在提高性能的同时减轻FAS存储系统的I/O压力。 

  NetApp的PAM模块是一些16GB的插卡,可以插在PCIe插槽中当做读取高速缓存来使用,它可以消除高I/O要求的应用程序与服务器之间的阻塞问题。 

  Sangster表示:"通过提高信息通过量和延时性能,同时降低处于运行中的磁盘的数量,PAM可以优化NetApp存储系统的性能。" 

  他说:"配置1个或多个PAM给I/O带来的重要好处是访问PAM高速缓存可以显著减少获取数据所需的时间。" 

  他补充说,在许多高性能计算环境下,问题不在于容量,而在于I/O信息通过量,即数据被写入磁盘或从磁盘读出的速度。 

  Sangster说:"如果一个数据中心的I/O性能是受限的,那么IT每次都会选择这种卡,不但是为了满足信息通过量的要求而且还为了满足性能的要求。" 

  要想确保存储系统不再成为虚拟环境中的薄弱环节,IBM、NetApp、BlueArc和Panasas在技术创新上还有很长的路要走。 

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