Менеджер дискового пространства Vinum
Краткая аннотация
Какие бы диски у вас ни были, они всегда будут подвержены ограничениям:
• Слишком маленькие
• Слишком медленные
• Недостаточно надежные
Для того, чтобы обойти эти ограничения, можно использовать несколько (и, возможно, избыточное число) дисков.
В дополнение к поддержке разнообразных контроллеров RAID, базовая система FreeBSD включает Менеджер дискового пространства Vinum — драйвер, реализующий поддержку виртуальных дисков.
Vinum позволяет более гибко оперировать дисковым пространством, повысить производительность и надежность дисковой подсистемы за счет реализации моделей RAID-0, RAID-1 и RAID-5, а также их комбинаций.
В данной главе кратко рассматриваются потенциальные проблемы традиционной системы хранения данных и методы их решения при помощи Vinum.
Замечание: Начиная с версии 5 FreeBSD, подсистема Vinum была переписана для того, чтобы стать совместимой с архитектурой GEOM (см. Гл. 18), при сохранении исходных идей, терминологии и формата хранимых на диске метаданных. Новая подсистема называется gvinum (сокращение от GEOM vinum). Дальнейший текст обычно использует термин Vinum как абстрактное название, вне зависимости от варианта реализации. Все реальные команды должны использовать gvinum, а имя модуля ядра сменено с vinum.ko на geom_vinum.ko; файлы устройств располагаются в каталоге /dev/gvinum, а не /dev/vinum. Начиная с FreeBSD 6, старая реализация Vinum удалена из дерева исходных текстов.
|
|
|
Диски слишком малы
Vinum (произносится Винум, с ударением на первом слоге) — так называемый Менеджер дисковых томов — представляет собой виртуальный дисковый драйвер, призванный решить три вышеописанные проблемы. Взглянем на них более подробно. Предлагаются (и реализованы) следующие пути:
Объемы дисков растут, тем не менее, растут и требования к объемам систем хранения данных. Вы запросто можете оказаться в ситуации, когда требуемый объем файловой системы превышает размеры доступных дисков. Надо признать, что в настоящее время данная проблема стоит не так остро, как 10 лет назад, но тем не менее она существует. Некоторые системы выходят из этого тупика посредством создания мета-устройств, распределяющих хранящиеся данные по нескольким дискам.
Ограниченная пропускная способность
Современным системам часто необходим одновременный доступ ко многим данным. В частности, крупный FTP или HTTP-сервер может обслуживать тысячи одновременных соединений, поступающих по нескольким 100 Mbit/s каналам во внешний мир, что ощутимо превышает скорость передачи данных большинства дисков.
Современные диски могут передавать данные со скоростями до 70 MB/s; однако, эти цифры труднодостижимы в случае, когда к диску обращается большое число независимых процессов, каждый из которых может получить лишь часть этого значения. Интересным будет взглянуть на проблему с точки зрения дисковой подсистемы: важным параметром в нашем случае будет загрузка подсистемы фактом передачи фрагмента данных, а именно время, в течение которого диски, участвующие в передаче, будут заняты.
|
|
|
При любом запросе диск сначала должен спозиционировать головки, дождаться подхода к головкам первого сектора из необходимых, и лишь затем выполнить обращение. Данная операция может рассматриваться как атомарная: нет никакого смысла ее прерывать.
Рассмотрим типичный запрос на передачу 10 kB информации. Современные высокопроизводительные диски подводят головки в нужную позицию в среднем за 3.5 миллисекунды. Самые быстрые диски вращаются со скоростью 15000 об/мин, так что среднее время на подход первого сектора к головке (rotational latency, половина времени одного оборота) составит еще 2 миллисекунды. При линейной скорости передачи данных в 70 MB/s собственно чтение/запись займет около 150 микросекунд — исчезающе мало по сравнению с временем позиционирования. В нашем случае, эффективная скорость передачи данных падает почти до 1 MB/s и, очевидно, сильно зависит от размера передаваемого блока.
|
|
|
Традиционным и очевидным решением этой проблемы является принцип ''больше шпинделей'': вместо использования одного большого диска можно применить несколько дисков меньшего размера. Диски позиционируют головки и передают данные независимо, так что эффективная пропускная способность возрастает примерно во столько раз, сколько дисков мы применяем.
Точная цифра, разумеется, будет несколько ниже: диски могут передавать данные параллельно, но у нас нет средства обеспечить строго равномерное распределение нагрузки по всем дискам. Нагрузка на один диск неизбежно будет больше чем на другой.
Равномерность распределения нагрузки на диски серьезно зависит от способа распределения по ним данных. В терминах дальнейшего обсуждения, будет удобно представить пространство хранения набором большого количества секторов с данными, которые адресуются по номеру, подобно страницам в книге. Наиболее очевидным методом будет поделить виртуальный диск на группы расположенных последовательно секторов размером с физический диск (которые будут подобны разделам книги). Этот метод называется конкатенацией или сцеплением (concatenation); его преимуществом является то, что он не налагает никаких ограничений на размеры применяемых дисков. Конкатенация эффективна, если нагрузка на дисковое пространство распределена равномерно. В случае концентрации нагрузки в малой области диска увеличение производительности не будет заметно. Организация секторов на сцепленных единицах хранения показана на Рис. 20-1.
|
|
|
Рисунок 20-1. Организация сцепленных дисков
По сравнению с зеркалированием преимуществом RAID-5 является гораздо меньшее требование к объему дисков. Скорость чтения сравнима с чтением в случае томов с перемежением, а вот запись происходит ощутимо медленнее (примерно вчетверо медленнее чтения). При отказе одного из дисков массив продолжает работать в "деградировавшем" режиме: запросы на чтение с оставшихся дисков производятся обычным образом, а блоки с отказавшего диска перевычисляются из данных остальных блоков страйпа.
Объекты Vinum
Для обеспечения необходимой функциональности Vinum использует четырехуровневую иерархию объектов:
• "Видимая снаружи" сущность — виртуальный диск, называемый томом (volume). Тома в основном аналогичны дискам UNIX, хотя имеются и мелкие различия. На тома нет ограничений по размеру.
• Тома образуются из наборов (plex), каждый из которых представляет полное адресное пространство тома. Данный уровень иерархии, таким образом, реализует избыточность. Наборы являются аналогами отдельных дисков в зеркалированном массиве; содержимое наборов идентично.
• Поскольку Vinum работает в среде подсистемы хранения данных UNIX, многодисковые наборы можно было бы реализовать на базе дисковых разделов UNIX. На практике, подобная реализация недостаточно гибка (диски UNIX могут иметь весьма ограниченное число разделов). Вместо этого Vinum вводит еще один уровень абстракции: единый дисковый раздел UNIX (drive в терминах Vinum) делится на непрерывные области, называемые поддисками (subdisk), которые и будут "строительным материалом" для наборов.
• Поддиски, как уже упоминалось, располагаются внутри приводов (drive) Vinum, существующих дисковых разделов UNIX. Привод может содержать неограниченное количество поддисков. Небольшая область в начале привода зарезервирована под хранение информации о конфигурации и состоянии Vinum; все остальное пространство пригодно для хранения данных.
Сейчас мы опишем, как эта иерархия обеспечивает необходимую функциональность для Vinum.
Размер тома
Наборы могут состоять из большого количества поддисков, распределенных по разным приводам Vinum. Стало быть, размеры отдельных дисков не ограничивают размер набора, а следовательно, и тома.
Избыточность
Vinum реализует избыточность посредством связывания с томом нескольких наборов. Содержимое каждого набора является полной копией содержимого тома. Количество наборов в томе может быть от одного до восьми.
Хотя набор представляет данные тома целиком, отдельные части содержимого тома могут быть представлены не всеми наборами. Во-первых, для некоторых частей набора поддиски могут быть не определены; во-вторых, часть набора может быть потеряна из-за отказа диска. До тех пор, пока хотя бы один набор может обеспечить данные для полного адресного пространства тома, том полностью функционален.
Производительность
Vinum поддерживает как конкатенацию, так и перемежение на уровне наборов:
• Сцепленный набор использует пространство поддисков последовательно, склеивая их "встык".
• Набор с перемежением разбивает данные по поддискам в соответствии с размером страйпа. Поддисков должно быть по меньшей мере два (чтобы отличить набор от сцепленного), и все они должны быть одинакового размера.
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 227; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!