作者：Kimberly Robinson，LSI公司性能工程师
随着固态硬盘技术的出现、高速易失性存储器成本的缩减、SATA 的低成本以及 SAS 的可靠性，新存储技术的优化组织和集成变得更加困难。 存在将频繁访问的“热”数据放置在延迟较低、速度更快的介质上，同时将很少访问的数据留在延迟较高、成本较低的介质上的机会。
有了可供 IT 存储专业人员使用的所有这些选择，就有了巨大的机会来创新地使用成本、性能和容量指标来确定用户数据的理想位置。 本文将讨论存储分层如何显着提高混合存储环境中的性能和可靠性，补充和增强主机操作系统缓存，同时优化成本。
今天的服务器提供许多不同的功能，虽然我们可以概括，但每个应用程序都会产生自己独特的工作负载特征。 此外，性能需求取决于当前负载和任何 QOS 要求。 虽然存储环境比以往任何时候都有更多的选择，允许更好的定制，但同时它们增加了更多的复杂性并使存储性能容量规划更加困难。 性能容量规划需要了解应用程序 I/O 特征、容量和性能增长要求、磁盘和存储性能特征、数据保护需求以及公司预算。
更多选项 = 更多控制
现代存储控制器有大量选项：新的和复合的 RAID 类型、高级功能、高级缓存选项以及适合各种预算的硬件卸载变体。 当今先进的嵌入式处理器使智能存储控制器的功能更加强大，使它们能够随着新技术的出现扩展其功能并进行转型。
磁盘技术在新选择的繁荣中也不例外。 串行连接 SCSI (SAS) 旨在集成 SATA 和 SAS，因此可以结合这两种接口，根据个人成本和性能需求创建自定义存储后端。 SATA 的受欢迎程度主要在于其出色的单位容量成本指标，但从性能的角度来看，它提供的整体性能最低。 SAS 提供了更高的性能和更高的可靠性，但成本更高。 另一种选择是采用 SATA 和 SAS 接口的固态硬盘 (SSD) 技术。 SSD 提供了比旋转介质高得多的随机性能，但价格更高。
增加复杂性的是不同 RAID 类型的性能结果。 针对您的工作负载进行优化需要了解您的特定 I/O 特征，并知道如何根据您的可用性需求将其映射到理想的 RAID 类型。
如果我们关注 RAID 10，您可以清楚地看到某些磁盘类型更适合不同的应用程序，SSD 的平均成本比 6.5K RPM 15Gb SAS 驱动器高出约 6 倍。 然而，并非所有应用程序都能将实际性能提高 6.5 倍。
每个 IT 专业人士可能都曾经问过这样一个问题：“需要多少个旋转磁盘才能提供与高性能 SSD 相同的性能？” 这是一个很好的思考过程，但在现实世界中，很可能在任何给定时间只能访问实际存储容量的一部分。 几十年来，缓存架构都是基于这个假设成功设计的。 如果您可以使用具有不同成本和性能特征的不同存储介质来构建您的存储会怎样？
太难了
存储供应商认识到，随着非统一媒体架构的流行，分层提供了世界上最好的。 存储分层是一个简单的概念； 将最常用的数据放在最快的可用介质上，而将冷数据放在较慢的介质上。 分层与缓存的不同之处在于，所有参与的逻辑磁盘的容量都可以用于用户数据存储。 虽然这不是一个新概念，传统上也不是存储智能的一部分，但SSD的颠覆性技术带来了新的机遇。
让我们看一个存储分层如何在数据库环境中提供帮助的示例。 ACME 公司正在设计一个新的 SQL Server，根据他们过去的经验，他们知道以下信息。
- 4 TB 存储空间
- 3% 是热的（~ 125GB）并且在 65% 的时间内被访问。
- 6% 间歇访问 (~250GB) 25% 的时间
- 剩下的总和是 10% 的时间访问的冷数据。
- 数据库以 8KB 大小访问，读写比约为 2:1。
- 八个插槽可用于磁盘。
让我们达到 4TB 的理想成本敏感型解决方案是创建一个逻辑设备，为每一层数据提供所需的性能解决方案，包括每秒 I/O 和响应时间。
让我们考虑同质磁盘的替代方案。
以下是三种存储基础架构选项的总结比较。 显然，分层选项不仅降低了每个数据库事务的成本，而且产生的 IOPs 能力是纯 SATA 解决方案的六倍多，是纯 SAS 解决方案的三倍多，容量也比其他方案大。
许多解决方案可以基于性能、成本、容量或房地产限制来构建。 这只是一个清楚地突出了分层解决方案的成本优势的示例。 当然，这可以手动完成，前提是：您已经确切知道哪些文件将被高度利用； 有能力将它们物理分离到不同的媒体上； 并且热数据不是瞬态或动态的。
存储分层的优点和缺点
存储分层提供了世界上最好的。 通过利用多种类型的媒体，可以优化成本和性能，并且可以节省以前的服务器空间。 考虑一下——要在分层示例中实现相同数量的数据库 IOP，将需要超过 XNUMX 个 SATA 驱动器，从而显着增加功率和机架空间要求。 智能分层可以实现动态环境，在这种环境中，频繁访问的数据会连续自动地放置在最快的媒体上。 甚至可以将最关键的数据放在高可用性卷上，或者可以将地理位置遥远的站点访问的数据复制到本地存储设施。
尽管分层有好处，但也有一些缺点需要考虑。 虽然识别和正确存储热数据的工作是自动完成的，但是构建一个满足您当前和不断增长的需求的合适的存储子系统仍然应该由存储专业人员定制设计。 另一个潜在的缺点是，在存储分层模型下，虽然逻辑卷将显示为单个磁盘，但该卷可能会跨多个物理磁盘组。 通过使用硬件 RAID 保护，可以降低数据丢失的可能性。
我们正处于技术完美风暴的时代：存储容量需求急剧增加，磁盘选项比以往任何时候都多，数字业务交易的日益普及带来更高的性能需求，处理密度不断增加，以及对我们最重要的信息进行更好保护的需求宝贵的资产，数据。 分层使您能够在一个捆绑包中充分利用低成本 SATA 存储成本、企业 SAS 的安全性和可靠性以及 SSD 的高性能。
Kimberly Robinson是LSI公司Engenio存储部门的性能工程师。她从事为主要OEM厂商优化企业存储解决方案的工作已有十余年。
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