多年來(lái)，存儲(chǔ)（尤其是共享存儲(chǔ)陣列）的性能調(diào)優(yōu)工作一直被認(rèn)為需要一定程度的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)才能做到的藝術(shù)。

但伴隨著市場(chǎng)與技術(shù)的發(fā)展變化，現(xiàn)在人們不禁要問(wèn)是否可以用更簡(jiǎn)化的操作來(lái)滿足特定應(yīng)用程序和應(yīng)用負(fù)載的要求。

不過(guò)，存儲(chǔ)“調(diào)優(yōu)”仍然是必要的。

本文中，我們會(huì)談到這其中所涉及的些許問(wèn)題，以及可以如何優(yōu)化存儲(chǔ)硬件和主流應(yīng)用程序的需求。

外部存儲(chǔ)通常被用作應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放區(qū)域，其存儲(chǔ)介質(zhì)的速度遠(yuǎn)比主存儲(chǔ)器要慢得多。

硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的延遲(響應(yīng))時(shí)間以毫秒級(jí)為單位，并且更適合于順序而非隨機(jī)輸入/輸出(I/O)性能。

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NAND閃存帶來(lái)了更好的隨機(jī)I/O處理性能，盡管其犧牲了存儲(chǔ)介質(zhì)的使用壽命。閃存存儲(chǔ)還有另一個(gè)問(wèn)題，其需要執(zhí)行諸如垃圾回收類的后臺(tái)任務(wù)，從而延長(zhǎng)了響應(yīng)時(shí)間。

DRAM的性能卓越，正如我們即將提到的，是用以改善系統(tǒng)性能的潛在方式。

最后，我們需要記住的是網(wǎng)絡(luò)是連接著共享陣列、服務(wù)器和存儲(chǔ)，在基于橫向擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)的方案中(如超融合基礎(chǔ)架構(gòu))，網(wǎng)絡(luò)亦是連接各節(jié)點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)一致性的關(guān)鍵所在。

上述這些都是我們可以配置、優(yōu)化的可選項(xiàng)。

• 數(shù)據(jù)布局——跨物理介質(zhì)部署分配數(shù)據(jù)可以提高I/O性能。單塊硬盤(pán)或閃存驅(qū)動(dòng)器的I/O性能是有限的，因此跨越多臺(tái)設(shè)備的“條帶化”有助于在多并發(fā)讀寫(xiě)操作時(shí)擴(kuò)展I/O。由于要使用RAID進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)，條帶化難以無(wú)限擴(kuò)展，需要在RAID擴(kuò)展性和RAID組重構(gòu)時(shí)間之間做出權(quán)衡。RAID 6犧牲了額外的空間和奇偶校驗(yàn)量換取擴(kuò)展性。還有一種方式是使用糾刪碼，但這更適合用于對(duì)象類型的數(shù)據(jù)。
• 緩存——閃存或DRAM上的緩存數(shù)據(jù)可以改善I/O延遲，用共享陣列或應(yīng)用程序主機(jī)上的緩存來(lái)服務(wù)讀取請(qǐng)求。寫(xiě)入I/O同樣得以加速，不過(guò)需要復(fù)制寫(xiě)入持久性緩存設(shè)備來(lái)預(yù)防硬件故障。諸如Nimble的Adaptive Flash或HPE 3PAR的Adaptive Flash Cache之類的現(xiàn)代化緩存方案可以優(yōu)化昂貴資源的使用，并大幅優(yōu)化性能。
• 網(wǎng)絡(luò)調(diào)優(yōu)——在共享存儲(chǔ)環(huán)境中，可以調(diào)整光纖通道和以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)改善性能，即光纖通道中的信用閥值(Buffer Credits，又名流量控制機(jī)制)和以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)包尺寸(Packet Size)。很顯然，使用非阻塞型交換機(jī)可以確保交換機(jī)上每個(gè)端口點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的吞吐量。整體網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)同樣重要。在以前，我們?yōu)榱斯?jié)省成本將光纖通道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。而到了現(xiàn)在，光纖通道和以太網(wǎng)每個(gè)端口的速度雖然都并不會(huì)趨向飽和，端口共享仍然不是什么大問(wèn)題，不過(guò)假如端口可以專用，那么這將更有助于消除瓶頸。
• 分層——通常而言，分層的使用目的在于節(jié)省成本，但優(yōu)化性能同樣是其目的。根據(jù)所要求的I/O性能和存儲(chǔ)介質(zhì)的成本消息將數(shù)據(jù)部署到最合適的存儲(chǔ)層上。分層算法多年來(lái)一直在快速發(fā)展，從LUN轉(zhuǎn)向基于數(shù)據(jù)塊的分層。正確的分層算法和數(shù)據(jù)部署可以在不用額外購(gòu)置硬件的前提下提升性能。

為了得到最佳調(diào)優(yōu)效果，我們首先要知道應(yīng)用程序的I/O特性。

這在每個(gè)具體場(chǎng)景中可能千差萬(wàn)別，但我們?nèi)钥梢詫⑵錃w納為某幾種類型。

• 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)——最有代表性的是SQL(Oracle，SQL Server)和NoSQL(MongoDB，CouchDB)數(shù)據(jù)庫(kù)，其具有混合式的I/O屬性。所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通常具備隨機(jī)的I/O屬性(整表掃描除外)，而數(shù)據(jù)寫(xiě)入則多以小型的增量式寫(xiě)入。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)中我們將數(shù)據(jù)存放在RAID-5存儲(chǔ)上并以RAID-10作為日志，但實(shí)際上僅有少量的I/O緩存才是相關(guān)的。對(duì)于現(xiàn)代化的存儲(chǔ)陣列，大多數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)加載(除了密集型)都易于管理，無(wú)需手動(dòng)存放數(shù)據(jù);而對(duì)于密集型工作負(fù)載，將日志存放在高性能存儲(chǔ)上會(huì)是更好的選擇。
• 虛擬服務(wù)器——服務(wù)器虛擬化引入了隨機(jī)與連續(xù)I/O工作負(fù)載混合的效應(yīng)。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)通過(guò)多個(gè)虛擬機(jī)分布在LUN或卷上，每個(gè)虛擬機(jī)都獨(dú)立于另一個(gè)，生成了隨機(jī)工作負(fù)載的特性。提高虛擬服務(wù)器的性能需要部署更快速的存儲(chǔ)介質(zhì)(從而減少每個(gè)單獨(dú)I/O的延遲)或者引入緩存。vSphere(VMware)和Hyper-V(Microsoft)都允許為單個(gè)虛擬機(jī)配置緩存。還可以在虛擬機(jī)管理程序中集成第三方緩存解決方案來(lái)提高I/O性能。對(duì)于HCI，VMware的Virtual SAN還提供了一個(gè)全閃存的選項(xiàng)，使用高性能和大容量閃存組合來(lái)優(yōu)化I/O工作負(fù)載。
• 虛擬桌面——虛擬桌面給I/O性能所帶來(lái)的挑戰(zhàn)與虛擬服務(wù)器中的隨機(jī)訪問(wèn)問(wèn)題相似，但卻具有差異性。首先，大多數(shù)臺(tái)式機(jī)都是由某一個(gè)鏡像制成的，因此在啟動(dòng)大量桌面時(shí)存在著大量重復(fù)的數(shù)據(jù)。其次，虛擬桌面經(jīng)常，甚至每天都會(huì)啟動(dòng)，因此讀取(啟動(dòng))和寫(xiě)入(關(guān)閉)時(shí)間會(huì)更多。通過(guò)在共享陣列中對(duì)桌面鏡像使用緩存和重復(fù)數(shù)據(jù)刪除，或者使用第三方軟件，可以大幅提高桌面性能。非永久性的桌面鏡像甚至可以緩存在DRAM中，這樣的解決方案比購(gòu)買昂貴的全閃存要便宜許多。
• 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器——額外的讀取緩存有助于網(wǎng)絡(luò)和其它讀密集型應(yīng)用程序(如內(nèi)容管理系統(tǒng))。這可以部署在共享陣列中，也可以在虛擬機(jī)管理程序中用專用緩存。其中的權(quán)衡之處在于，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器本身有空余緩存時(shí)可以避免后端I/O，但緩存容量畢竟有所限制，在某個(gè)時(shí)刻仍需將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)回外部I/O。
• 郵件服務(wù)器——回顧10至15年之前，Microsoft Exchange等平臺(tái)上，每個(gè)郵箱的I/O需求是相當(dāng)高的。隨著新產(chǎn)品的發(fā)布，單個(gè)用戶的I/O需求下降了15至20倍。Exchange 2016對(duì)比2003版，只需要大約5%的IOPS。因此，可以用JBOD而非SAN來(lái)部署Exchange。話雖如此，像Exchange這樣的電子郵件平臺(tái)仍可以從日益興起的緩存和分布式數(shù)據(jù)部署(如寬條帶化)中獲益。
• 分析——許多分析工具在構(gòu)建數(shù)據(jù)配置文件時(shí)需要反復(fù)讀取同樣的數(shù)據(jù)。這些工具對(duì)延遲相當(dāng)敏感，并且需要并行執(zhí)行查詢操作，例如Hadoop設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)分布在多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置多塊磁盤(pán)。因此，提高分析工作負(fù)載的性能需要減少I/O讀取延遲。我們可以選擇使用閃存介質(zhì)，為運(yùn)行分析軟件的外部存儲(chǔ)或主機(jī)添置更多緩存。數(shù)據(jù)的存放并不講究，因?yàn)楹茈y準(zhǔn)確預(yù)測(cè)運(yùn)行分析時(shí)將使用到哪些數(shù)據(jù)。因此，分析操作中的重點(diǎn)在于平衡好存儲(chǔ)和緩存，并可以根據(jù)需要增加緩存。

在上述所有的場(chǎng)景中，得到詳細(xì)的指標(biāo)來(lái)反應(yīng)出性能和資源使用狀況是相當(dāng)重要的。通過(guò)正確的指標(biāo)數(shù)據(jù)，我們可以綜合考慮購(gòu)置額外資源的成本，評(píng)估、權(quán)衡各種業(yè)務(wù)改變所帶來(lái)的影響。