Лекция 5: Конфигурирование и планирование подсистемы ввода-вывода
Понятия, относящиеся к подсистеме ввода-вывода
Аппаратные контроллеры RAID обеспечивают не только основные функциональные возможности RAID, но и некоторые дополнительные средства. Среди этих дополнительных возможностей аппаратных реализаций RAID чаще всего встречается кэш контроллера. В этом разделе вы узнаете о кэше контроллера, кэшах дисковых накопителей и о разнице между внутренними и внешними массивами RAID. Кроме того, вы узнаете о новой технологии ввода-вывода – сетях хранения данных SAN (Storage Area Network). В данном разделе мы также рассмотрим некоторые разнообразные вопросы, имеющие отношение к контроллерам RAID, к дисковым накопителям и к пропускной способности устройств ввода-вывода.
Способы преодоления ограниченных возможностей дисков
Чтобы улучшить производительность ввода-вывода, многие производители поставляют контроллеры, имеющие кэши. Кэш контроллера – это оперативная память, установленная в контроллере дисковых накопителей. Этот кэш применяется для выполнения двух задач:
- Кэширование записи. Поскольку контроллер имеет свою собственную память, то контроллер может сообщать операционной системе (а следовательно, и SQL Server), что операция ввода-вывода завершилась, как только данные будут записаны в кэш, что значительно повышает производительность записи.
- Кэширование упреждающего чтения. Другой способ применения контроллера кэша – это чтение данных в дополнение к запрошенным данным. Это делается в предположении, что вскоре может поступить запрос на эти дополнительные данные. Если это случится, то время отклика резко сократится.
Как вы узнаете позднее в данной лекции, производительность записи может оказаться критически важной, особенно, когда вы применяете массивы RAID уровня 5. В большинстве случаев контроллер кэша является большим достоинством. Но есть два момента, о которых мы должны вас предостеречь:
- Не пользуйтесь кэшированием записи, если вы не имеете батарейную поддержку бесперебойного электропитания. Большинство контроллеров с кэшированием имеет батарею или предусматривает возможность применения батареи. Благодаря этой батарее данные в кэше не пропадут при отказе электропитания. Без батареи данные из кэша пропадут, что может повлечь повреждение базы данных.
- В редких случаях, когда массив RAID работает на грани своей мощности, кэширование записи может привести к ухудшению производительности чтения. Это происходит из-за того, что приоритет отдается контроллеру записи, для того, чтобы освободить кэш.
Кэши дисковых накопителей
Большинство дисковых накопителей тоже содержит кэш с оперативной памятью. Этот кэш имеет меньший объем, чем кэш контроллера. Он может хранить одновременно немного запросов, благодаря чему дисковый накопитель может самостоятельно выполнить лифтовую сортировку (elevator sorting). Но так как этот кэш совсем маленький (обычно – только несколько килобайт), то он не может применяться для значительного упреждающего чтения или для кэширования значительных объемов данных. Многие поставщики контроллеров RAID и контроллеров SCSI не разрешают изменять состояние этого кэша, но, однако, некоторые производители массивов RAID все же разрешают пользователям включать либо выключать этот кэш.
Внутренние и внешние массивы RAID
Имеется два основных типа систем RAID: внутренние и внешние. Эти термины описывают, где находятся алгоритмы работы массивов RAID. В большинстве систем алгоритмы работы RAID находятся на контроллере, который установлен в стойке корпуса компьютера. Такие системы RAID называются внутренними. А у внешней RAID-системы алгоритмы работы находятся в запоминающем устройстве или в запоминающих устройствах, в которых размещены дисковые накопители. Это различие показано на рис. 5-5. Каждый тип систем имеет свои особенности и характеристики. Однако различия между внутренними и внешними системами RAID не будут играть значительную роль в материале данной лекции. Мы рассказали об этих двух разновидностях контроллеров RAID только для полноты изложения. В следующем разделе вы узнаете о различных уровнях RAID. Эти уровни значительно важнее в классификации контроллеров RAID.
Сети хранения данных (SAN)
Одной из новейших технологий, появившихся на рынке, является SAN (storage area network, сеть хранения данных). Основой SAN является большая внешняя система RAID, которой могут пользоваться совместно несколько компьютеров. Из-за этого в названии технологии появилось слово network – сеть. Благодаря SAN вы можете консолидировать (собрать воедино) все запоминающие устройства и снизить расходы, осуществляя работу с системой и поддержку системы в одном месте.
Технология SAN имеет довольно простую концепцию. Внешняя система RAID соединяет адаптер главной шины (HBA, host bus adapter) непосредственно с подсистемой RAID (см. рис. 5.6). В сети SAN происходит соединение нескольких адаптеров главной шины через коммутатор, по крайней мере, с одной внешней системой RAID. В такой конфигурации все компьютеры, входящие в сеть SAN, могут осуществлять доступ к подсистеме RAID.
Когда мы писали нашу книгу, несколько компьютеров не могли пользоваться совместно одним логическим диском в составе SAN. Программное обеспечение SAN производит сегментацию дисковой памяти, сопоставляя каждому из компьютеров свой логический диск. Однако у SAN имеются следующие достоинства:
- Кластеризация. Кластеризация в SAN очень проста, так как SAN уже является внешним RAID-контроллером.
- Консолидация запоминающих устройств. Благодаря наличию централизованного хранилища данных обслуживание запоминающих устройств становится проще.
- Более рациональное использование дисковой памяти. Вместо того чтобы резервировать дополнительные дисковые накопители на каждом из компьютеров, вы можете продуктивно пользоваться этой дисковой памятью со многих компьютеров.
- Отказоустойчивость. Все компьютеры, имеющие доступ к SAN, могут пользоваться подключенными к сети резервными дисковыми накопителями, которые немедленно вступают в строй вместо отказавших.