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解决虚拟机造成的I/O搅拌机效应的方法

对于那些寻求集成解决方案的管理员来说,服务器虚拟化技术能够帮助他们更有效地利用资源,改进管理,节省电力和冷却成本,并减少占地面积。 然而,部署服务器虚拟化技术还可能为您带来一些意外的惊喜。首先,让我们先来看看存储领域的一个非常典型的场景。

解决虚拟机造成的I/O搅拌机效应的方法

解决虚拟机造成的I/O搅拌机效应的方法

通常来说,在查看了相关物理服务器上的资源利用率和性能数据之后,您都会开始计划将8到10个物理服务器合并到每个虚拟主机上。 您逐渐开始使用共享存储的方式,以便能够利用高可用性功能,帮助您满足更高的正常运行时间要求,且最大限度地减少维护的影响,并利用工作负载平衡来更好地处理高峰期进程的需求。

但您创建好测试环境之后,您可能首先就会注意到系统的存储性能较为落后,可能性能降低的幅度高达60%至80%。 为什么会出现这种情况?毕竟您使用的是与之前相同的存储配置,并且存储系统在物理服务器上的性能表现良好。当您在处理该问题时,可能会考虑多种解决方式:是应该购买更多的磁盘主轴? 还是增加存储控制器缓存的大小? 在前端添加一些固态存储? 亦或者是需要部署更高性能的存储阵列?

其实所有这些方法都有助于在一定程度上提升您的存储性能,但其费用却十分昂贵。 – 如果您已经购买了企业级存储阵列,将其作为虚拟化项目的一部分,则您就需要承担更多的额外成本!

随机的I / O模式才是元凶

您所遇到的问题被称为‘虚拟机 I/O 搅拌机效应’。这指的是,拥有独立存储系统的物理服务器在运行单个初级程序时,可以有效地提高磁盘的利用率,因为它可以针对单个I / O流进行优化。 但是,当您将多台服务器的工作负载(每台服务器都具有完全不相关的I / O流)组合到单个虚拟主机上时,最终会导致随机的I / O模式。

I / O传输时间在磁盘查找时间和旋转延迟所占比重越来越高,从而显着降低了I / O的速度。 导致这种情况的罪魁祸首就是I / O的随机性,并且用户除了添置更多的硬件以外,无法采取其他的有效措施来改善性能调优问题。

如果您的职位是首席信息官,这意味着您所计算的原始投资回报率可能需要进行一些调整以弥补额外的存储支出。如果您的职位是技术总监,那么您可能就无法获得足够的预算或空间来容纳额外的存储需求了。

当然,您也可以实施一些性能比较低的项目,但是这样一来您就无法向终端用户交代了。毕竟您不可能通过解释现有磁盘技术性能的局限性来应付用户的投诉与不满。

实际上,市场上已经推出了一些新的虚拟存储架构,专门用于在极其随机性的I / O环境中向用户提供高性能的存储。

“虚拟机I/O搅拌机效应确实是系统写入性能的一大障碍,并且由于极具随意性的I/O工作负载,以及虚拟机环境逐渐向写入密集型转变,这种效应还会进一步恶化。但好在用户依然可以通过软件解决方案来处理这个问题,并且运作方式独特,此类软件不仅不需要额外的存储硬件,而且与使用更少物理主轴的物理服务器相比,此类软件解决方案还能够为您提供更高的性能。”

执行磁盘写入

此类软件解决方案所蕴含的突破性思想就是为每个虚拟主机创建一个专用的基于磁盘的日志空间,允许按顺序地执行磁盘写入操作,并将其与一组优化的降级算法进行组合,然后将该记录的数据以异步的方式移动到主存储。

由于搜索时间或旋转延迟,用户在写入初始日志能够与基于磁盘的减速有效隔离开来,这是因为磁盘写入没有随机性 – 它们都是连续执行的。 这意味着所有的写入操作都能够达到特定磁盘技术(SCSI,SATA等)的最高速度,因此与极度随机性的I/O模式相比,这种磁盘的执行速度提高了80%。

优化降级算法同样至关重要–加入更多的传统型写入缓存不仅不能够解决该问题,而且还会花费更多的成本。

像其他许多引人关注的解决方案一样,这个解决方案还继承了一些传统解决方案中的技术,而这些旧的解决方案已经在企业数据库中部署了20年或更长时间。 这些解决方案的有效性有目共睹,并且被广泛应用于当今的各大IT企业当中。比如企业数据库(如Oracle,DB2等)的日志记录架构。目前有几个独立的软件供应商已经开始提供这些解决方案,以帮助用户使用基于块的存储- 而不仅仅是由Oracle或DB2管理的存储。

如果您部署的软件解决方案恰好是其中之一,那么您将收获非常令人惊喜的成果。最终,在能够满足您的性能需求的前提下,您所需要购买的主轴数量可能会比之前减少30%。您甚至可以通过中档解决方案而不是企业级存储来满足您的性能要求,这一变化将会对您的存储成本产生重大影响。

只需利用现有的存储资源,您就可以每个虚拟主机支持更多的虚拟机,从而提高虚拟机的密度。 并且因为该解决方案能够保证对主存储的正常I / O操作不再影响应用程序性能,所以您可以使用精简配置技术在仍然满足性能要求的同时减少存储空间使用。

所有这些都是因为您在虚拟机环境下部署了此类虚拟存储架构,因此您的投资回报率得到了大幅提升。 事实上,由于这些性能优势十分具有吸引力,因此我认为随着时间的推移,这些技术的使用最终将会成为虚拟机“标准运行环境”的一部分。

如果您已经遇到了此类存储性能问题,并且如果您对这种存储架构(专用于解决在虚拟机环境中经常出现的极度随机性I/O模式)十分感兴趣的话,那么您就更应该尽快部署此类存储架构,以获得更高的投资回报率。

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