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浅析I/O处理过程与存储性能的关系
本文作为一篇存储基础的介绍文章,帮助读者了解看似简单的数据读写中的更多细节。
“性能”这个词可以说伴随着整个IT行业的发展,每次新的技术出现,从硬件到软件大多数情况下都围绕着性能提升而展开。“摩尔定理”指出CPU的处理速度每18个月会翻一番,但是进入21世纪的第二个十年来,似乎它的速度慢了下来。但是IT行业的各个行业领导者们,还是不断在计算机的性能寻求突破,继续挑战物理极限。细看存储行业,每款新的存储产品的推出,也围绕着如何更快、更好的服务前端服务器的I/O请求为中心。本文从I/O(Block)的流向介绍,试图解读整个I/O流与存储性能之间的些许联系。本文作为一篇存储基础的介绍文章,帮助读者了解看似简单的数据读写中的更多细节。 存储I/O流与存储性能: 存储I/O(后文简称I/O)的处理过程就是计算机在存储器上读取数据和写入数据的过程。这种存储器可以是非持久性存储(RAM),也可以是类似硬盘的持久性存储。一个完整的I/O可以理解为一个数据单元完成从发起端到接收端的双向的过程。在企业级的存储环境中,在这个过程会经过多个节点,而每个节点中都会使用不同的数据传输协议。一个完整的I/O在每个不同节点间的传输,可能会被拆分成多个I/O,然后从一个节点传输到另外一个节点,最后再经历相同的过程返回源端。 下图演示了一个文件在经过整个I/O路径中每个节点所进行的变化(以EMC Symmetrix存储阵列为例): 整个I/O流经历一下几个节点: File System – 文件系统会根据文件与Block的映射关系,通过File System Manager将文件划分为多个Block,请求发送给HBA。 HBA – HBA执行对这一系列的更小的工作单元进行操作,将这部分I/O转换为Fibre Channel协议,包装成不超过2KB的Frame传输到下一个连接节点FC Switch。 FC Switch – FC Switch会通过FC Fabric网络将这些Frame发送到存储系统的前端口(Front Adapter)。 Storage FA – 存储前端口会将这些FC 的Frame重新封装成和HBA初始发送I/O一致,然后FA会将数据传输到阵列缓存(Storage Array Cache) Storage Array Cache – 阵列缓存处理I/O通常有两种情况:1.直接返回数据已经写入的讯号给HBA,这种叫作回写,也是大多数存储阵列处理的方式。2. 数据写入缓存然后再刷新到物理磁盘,叫做写透。I/O存放在缓存中以后,交由后端控制器(Disk Adapter)继续处理,完成后再返回数据已经写入的讯号给HBA。 Disk Adapter – 上述两种方式,最后都会将I/O最后写入到物理磁盘中。这个过程由后端Disk Adapter控制,根据后端物理磁盘的RAID级别的不同,一个I/O会变成两个或者多个实际的I/O。 根据上述的I/O流向的来看,一个完整的I/O传输,经过的会消耗时间的节点可以概括为以下几个: CPU – RAM, 完成主机文件系统到HBA的操作。 HBA – FA,完成在光纤网络中的传输过程。
责编:王雅京
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