浅析io处理过程与存储性能的关系

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1、浅析I/O处理过程与存储性能的关系“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

2、看似简单的数据读写中的更多细节。更多信息存储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屮，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1/0,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。下阁演示了一个文件在经过整个I/O路径屮每个节点所

3、进行的变化（以EMCSymmetrix存储阵列为例）.•1File6Blocks12Frames6Blocks2Slots4Writes(FileSystem)(HBA>(Fibre)(FA)(Cache!(DA)aw整个I/O流经历一下几个节点：•FileSystem-文件系统会根掘文件与Block的映射关系，通过FileSystemManager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FibreChannel协议，包装成不超过2KB的Frame传输到下一个连接节点FC

4、Switch。•FCSwitch-FCSwitch会通过FCFabric网络将这些Frame发送到存储系统的前端口(FrontAdapter)。•StorageFA-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—致，然后FA会将数据传输到陈列缓存(StorageArrayCache)•StorageArrayCache-阵列缓存处理I/O通常有两种情况：1.直接返回数据己经写入的讯号给HBA，这种叫作回写，也是大多数存储阵列处理的方式。2.数裾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

5、Adapter)继续处理，完成后再返回数据已经写入的讯号给HBA。•DiskAdapter-上述两种方式，最后都会将I/O最后写入到物理磁盘中。这个过程巾后端DiskAdapter拧制，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M络中的传输过程。•FA-Cache,存储前端卡将数据写入到缓存的吋间。•DA-Drive,存储后端卡将数据从缓存写入到物理

6、磁盘的时间。下而的表屮根裾不同阶段的数裾访问时间做了一个比较，一个8KB的I/O完成整个I/O流向的大概耗时。(表中的耗时根据每秒的传输数据整除获得，例如HBA到FA的速度有102,400KB/秒除以8KB得到78ps)。根据表中的数据显而易见，I/O从主机的文件系统开始传输到存储阵列的缓存在整个这个I/O占比很小，由于机械硬盘的限制，最大的耗时还是在DA到物理磁盘的时间。如果使用闪存盘，那这个数据会大幅缩小，但是与其他几个节点的传输时间相比，占比还是比较大的。8KBI/O的传输耗时(单位：ys)扩大1,000,000耗时CPU到RAM的传输，166M

7、Hz64位总线6ps6secHBA到FA,100MB/秒速率78pis1min18secFA至ljCache(SymmetrixDMXDirector2.5GHz)26ps26secDA到物理磁盘，73GB15,000rpm,Seek3.6ms，latency2.0ms5,700ps1hr35min可以看到，存储阵列的缓存在整个I/O流屮所起到的作用是至关重要。缓存的处理效率与大小，直接影响到I/O处理的速度。而然，在实际的环境中，即使存储阵列的缓存工作得当，主机的I/O也不会达到lOOps也就是0.1ms的水平，通常在l-3ms左右，就会认为I/O处

8、理处于比较高性能的模式。原因就是因为另外两个因素"数据头处理〃和"并发"。1.“数据头处理“由