MSPE-技术类-4-存储缓存技术 v13 [修复的]

1、MSPE培训教材存储缓存技术缓存：决定存储性能的关键因素计算计算传输传输存储存储型号型号IOIO总带宽总带宽浮点运算浮点运算四核CPU20-100GBGB20-100亿次亿次DDR3内存10-50GBGB100亿次亿次型号型号背板带宽背板带宽转发能力转发能力数据中心交换机20-100GBGB2-10亿次亿次型号型号带宽带宽随机随机IOIOIntel SSD(R710)270MBMB读：3.85万万写：2000个个15000转 SAS150MBMB250个个7200转SATA110MBMB120个个性能相差上性能相差上万倍万倍! !解决之道 缓冲池缓冲池（容量、性能、调度（容量、性能、调度) )

2、高速高速（计算、传输）（计算、传输）低速低速（硬盘介质）（硬盘介质）存储缓存的用途从使用角度而言，存储缓存的主要用途包括三方面：n读、写数据缓存 真正意义上的存储缓存，一般而言读缓存的容量大于写缓存。 缓存保护机制主要针对写缓存。n数据管理功能的需求 存储的数据管理功能越丰富，对缓存的需求越大。比如：复制、快照、快照视图、自动精简配置、CRAID、ICMT等。n存储系统的自身需求 存储阵列的操作系统自身也需要占用一定的缓存空间，大小从几百兆到几GB不等。Tips：硬盘也具备缓存，单块硬盘的缓存为16-64MB。为保障数据的可靠性，企业级存储阵列一般都将硬盘的缓存设置为关闭状态（监控存储除外）。

3、专业存储系统设计的核心前端总线后端总线读缓存写缓存写缓存 前端总线后端总线磁盘CPUCPUCPUCPU读缓存 写缓存写缓存镜像通道主机接口主机接口磁盘接口磁盘接口数据流性能性能传输速度访问带宽分配调度缓存缓存容量容量最大容量按需配置可靠性可靠性缓存镜像掉电保护缓存是衡量产品档次的关键指标EMCEMC高端高端IBMIBM中端中端低端低端宏杉科技宏杉科技MS7000MS70006TB缓存3600块硬盘MS2500MS250016GB缓存316块硬盘MS5500MS5500768GB缓存1516块硬盘MS3000MS300064GB缓存516块硬盘VMAX 40KVMAX 40K2TB缓存3200块

4、硬盘VMAX 10KVMAX 10K256GB缓存1080块硬盘VNX7500VNX750096GB缓存1000块硬盘VNX5100VNX51008GB缓存75块硬盘DS3500DS35004GB缓存192块硬盘V7000V700032GB缓存480块硬盘DS8800DS8800384GB缓存1536块硬盘MacroSAN缓存机制n 基本功能 支持全局性读、写缓存设定 支持按LUN打开、关闭缓存 支持单控制器开写缓存（针对监控） 电池模块故障开写缓存（针对监控）n 智能分配 缓存按需分配 智能分区管理 全局性缓存调度n 安全可靠 支持高速缓存镜像 支持断电数据下刷到磁盘超大容量288GB扩展能

5、力智能分配全局性自适应调节安全可靠缓存镜像断电保护n 超大容量 支持双控最大288GB的缓存扩展 同一产品型号支持不同容量缓存配置MS5000的缓存设计n超大容量高速缓存超大容量高速缓存9根内存插槽，单控最大144GB，双控最大288GBn内存访问加速内存访问加速CPU直连内存，提升内存访问效率，带宽达256Gb支持DDR3，频率800/1066/ 1333G Hzn高速缓存镜像高速缓存镜像，单通道带宽5.0Gb，缓存镜像采用PCIe 2.0技术采用PCIe x8，带宽达到40GbPCIe x8 40GbDDRIII内存内存DDRIII内存内存.Jasper多核处理器多核处理器SAS控制器控制

6、器SAS ExpanderPCIe x840GbSAS x424Gb南桥南桥管理管理GE口口串口串口指示灯指示灯按键按键SAS接口接口SAS接口接口SAS x424GbMS5000存储控制器存储控制器RAID引擎引擎 DMI9根缓存镜像缓存镜像SATA DiskSAS DiskSSD Disk磁盘类型256GbIO模块模块(IOH)QPIIO Slot IO Slot PCIe x8 40Gb100Gb主机通道主机通道1Gb iSCSI10Gb iSCSI10Gb FCoE8Gb FC写缓存镜像保护处理器缓存A镜像B缓存B镜像A磁盘 磁盘 磁盘 磁盘 磁盘 磁盘 通信通道处理器PCIEn 目标

7、和作用 缓存镜像只针对写缓存，读缓存不需要镜像。 避免由于单个控制器失效所导致的缓存数据丢失。n 工作原理 采用写缓存镜像技术，同一份数据被同时写入到两个控制器的缓存当中。 镜像通道的带宽和可靠性要求高，一般通过控制器的背板互连。n 镜像机制 平均分配：控制器的写缓存的容量平均分配，50%给自身，50%给对端。 按需分配：控制器根据负载情况按需分配，无需对称。智能缓存调度n 容量按需分配读、写缓存根据实际情况分配，不需要按照物理大小平均分配两个控制器的业务压力无需对称，可充分发挥控制器的性能缓存按LUN动态分配管理n 智能缓存分区预留区：每个LUN初始分配的缓存区域，平均分配共享区：活动状态的

8、LUN可用的缓存区域突发区：非活动状态的LUN的突发流量缓存驻留区域n高效的缓存调度根据LUN压力自动调整，单个LUN不存在性能瓶颈，整个系统的缓存利用率高预留区共享区突发区30%50%20%读缓存缓存A镜像B读缓存控制器1控制器2缓存A镜像B15GB5GB10GB5GB15GB10GB智能缓存分区读数据预取与写数据下刷n 性能最优的写缓存阀值设定 高水位线：70%，低水位线：40 经验证的高命中率缓存区间n 读数据智能预取 智能预取：根据当前统计周期内读请求的统计值动态调整读数据预取深度，适用于流量模型不固定的场合。 固定预取：采用固定的读数据预取深度，适用于流量模型是顺序读的场合。 不预取

9、：禁用LUN的读缓存预取功能。常见的写缓存掉电保护机制n 作用 断电保护只针对写缓存，防止系统意外断电导致的写缓存数据丢失。n 保护机制 电池保护：断电时，通过存储控制器内置电池为写缓存提供小时级的供电。 数据刷到专用SSD磁盘：断电时，存储控制器将数据下刷到内置的SSD磁盘中，此过程一般为数分钟，由控制器内置电池供电。 数据刷到保留磁盘：断电时，存储控制器将数据下刷保留磁盘中，此过程一般为数分钟，由控制器内置电池供电。保护机制断电保护时间数据可靠性缓存大小用户磁盘空间占用位置代表产品电池保护数十小时低较小不占用控制器内置电池HDS AMS2000数据刷到专用SSD磁盘永久保存中，单块SSD存在风险大不占用控制器内置SSD磁盘IBM V7000华赛 S5600T数据刷到保留磁盘永久保存高，完善的RAID保护大占用少量用户磁盘空间一般位于系统前4块盘EMC VNX华赛 S5500TMacroSAN写缓存掉电保护n 保留硬盘 控制器框的前四块硬盘必须单独做RAID，预留出部分空间由系统使用n 电池保护 控制器内置电