自動精簡配置詳解

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雖然服務(wù)器通過DAS、NAS、SAN連接的存儲設(shè)備早已不是單一的硬盤而是磁盤陣列，但是目前的操作系統(tǒng)和應(yīng)用識別存儲設(shè)備的方法，還是和早期服務(wù)器識別一塊硬盤的方法沒有區(qū)別。也就是說，操作系統(tǒng)和應(yīng)用認(rèn)為它們連接的磁盤陣列是一塊容量固定的“硬盤”。其實，現(xiàn)在的存儲陣列子系統(tǒng)，容量都不是固定的，構(gòu)成存儲的都是一個一個的邏輯單元，不過即便這樣，每個邏輯單元也還是被系統(tǒng)和應(yīng)用當(dāng)成固定容量的物理單元。

對于操作系統(tǒng)和應(yīng)用而言，存儲識別方法的改進(jìn)短期內(nèi)恐怕還有些困難。傳統(tǒng)的存儲識別方法，在大量服務(wù)器和存儲器的數(shù)據(jù)中心會帶來很多隱性成本，因為存儲空間一旦被分配，其容量都是固定的，不管這些空間是否被真的使用，整個系統(tǒng)都會認(rèn)為多余的空間已經(jīng)沒有了，需要另外添加磁盤。而今天，自動精簡配置(Thin Provisioning)有望從根本上解決這種識別問題，減少數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建成本。下面我們就來詳細(xì)討論一下自動精簡配置是如何工作的，以及自動精簡配置部署需要注意的問題。

什么是自動精簡配置?

自動精簡配置是一種存儲管理的特性，核心原理是“欺騙”操作系統(tǒng)，讓操作系統(tǒng)認(rèn)為存儲設(shè)備中有很大的存儲空間，而實際上的物理存儲空間則沒有那么大。舉一個例子，在部署了自動精簡配置之后，存儲系統(tǒng)可能顯示有2TB的邏輯單元，而實際上只有數(shù)百GB的物理空間可被分配。除了操作系統(tǒng)，應(yīng)用也認(rèn)為有很多剩余空間，盡管其中大部分空間都是虛擬出來的。而隨著應(yīng)用寫入越來越多的空間，物理存儲利用率也會越來越高。這項技術(shù)不會出現(xiàn)早先的有大量空間閑置，卻還無法使用的現(xiàn)象。

具體而言，如果應(yīng)用讀了一個從來沒被寫過的區(qū)域，自動精簡配置將提供一個零緩沖帶(ZEROES Buffer。)

如上圖所示，服務(wù)器識別存儲設(shè)備的時候，看到的并不是真實空間，而是由自動精簡配置虛擬出來的卷。而且只有當(dāng)服務(wù)器寫入存儲的時候，真實的空間才會被分配。所有的虛擬空間都是零填充的緩沖區(qū)。當(dāng)然，隨著越來越多的數(shù)據(jù)被寫入，實際存儲空間也可以隨需擴展。

這種技術(shù)的優(yōu)勢在于，可以自動擴展已經(jīng)分配的存儲卷。同時，我們也發(fā)現(xiàn)這種方式可以使用戶使用接近100%的存儲空間。因為所有的真實空間分配都與應(yīng)用寫入數(shù)據(jù)一一對應(yīng)。另一個自動精簡配置的優(yōu)點在于和遠(yuǎn)程鏡像結(jié)合的時候，可以節(jié)省鏡像的空間和帶寬。采用傳統(tǒng)鏡像方法，在最初部署塊級別遠(yuǎn)程鏡像的時候，整個卷都被WAN傳輸。而使用了自動精簡配置，管理員則可以只傳輸被使用了的空間。這可以極大的減少建立鏡像的時間，同樣的，自動精簡配置也可以使用低成本的通信線路來傳輸數(shù)據(jù)，而且由于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)空間減小，帶寬的占用也有所降低。

自動精簡配置的費用節(jié)省

空間利用率的提升：費用節(jié)省首先源于存儲空間利用率的提高，所以只要簡單的計算利用率具體提高了多少，就可以知道節(jié)省了多少存儲費用。具體來說，你可以在部署自動精簡配置之前，先計算一下某個應(yīng)用占用的空間，然后于自動精簡配置之后再計算一下占用的實際空間，這個空間的節(jié)省量就是自動精簡配置能夠達(dá)到的效率提升。一般而言，一個典型的自動精簡配置能夠?qū)⒋鎯臻g利用率從60%提升到80%，大約減少20%左右的存儲費用。

擴展邏輯單元的IT成本：對于一般的應(yīng)用而言，即便我們預(yù)留的空間很大，它總會將這些空間填滿，所以我們每兩三年就需要擴展這些存儲卷的大小。這個擴展用時取決于應(yīng)用、操作系統(tǒng)和磁盤陣列的能力，不過通常，操作每個卷的擴展，都還需要占用存儲管理員幾個小時的時間。對卷的數(shù)量較少的企業(yè)而言，每兩三年花上幾個小時倒是也沒什么，不過對于擁有大型存儲設(shè)備的機構(gòu)而言，可能擁有數(shù)百個卷，那么平均下來，每周都需要擴展一兩個卷，而每個卷都需要幾個小時，這種沒意義的重復(fù)勞動無疑占用了存儲管理員過多的精力。而自動精簡配置則完全不需要手動擴展這些邏輯單元。

電力和制冷成本：磁盤陣列是數(shù)據(jù)中心里的耗電大戶，而且對于制冷的要求也很高。如果自動精簡配置的部署能夠節(jié)省一些資源，比如說20%，那么電力成本的節(jié)省將十分明顯。計算ROI的時候可以得到具體的成本削減值。

需要考慮的問題和挑戰(zhàn)

就像所有的新技術(shù)一樣，自動精簡配置也有不同的部署方法，我們也必須估計到使用期間可能遇到的一些挑戰(zhàn)和問題。

第一個挑戰(zhàn)在于，部署了自動精簡配置之后最可能遇到的問題就是達(dá)到了最大存儲容量。應(yīng)用永遠(yuǎn)都以為還有很多容量，但實際上物理容量可能已經(jīng)填滿了。所以，一種可能的狀況是，當(dāng)實際空間已經(jīng)沒有空余，在新磁盤被添加之前，卷訪問將被鎖定。

自動精簡配置將存儲空間是否已滿的任務(wù)從應(yīng)用服務(wù)器轉(zhuǎn)移到存儲。對于應(yīng)用服務(wù)器而言，這是一個好消息，這些服務(wù)器不用再擔(dān)心存儲空間問題了，但是存儲管理員就必須隨時跟進(jìn)實際存儲容量狀況，一旦容量將要被填滿，管理員就應(yīng)該及時添加新的磁盤以確保系統(tǒng)的連續(xù)性。對于一個好的系統(tǒng)而言，系統(tǒng)應(yīng)該能夠提供給存儲管理員相關(guān)的資訊，方便存儲管理員預(yù)測實際存儲容量的增長速率，并告知管理員什么時候應(yīng)該添加新的容量。

另一個挑戰(zhàn)在于，并不是所有的數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)都能收回已經(jīng)刪除了的空間。一些數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)總是分配新的空間，而不是刪除之后釋放的空間。當(dāng)頻繁刪除和建立文件的時候，很可能出現(xiàn)問題--自動精簡配置系統(tǒng)將會持續(xù)要求更多的物理空間，而同時一些刪除了數(shù)據(jù)的空間卻不可用。所以我們最好在自動精簡配置系統(tǒng)下對應(yīng)用做一下測試，看看實際存儲利用率到底有多大。我們也應(yīng)該問問廠商，它有沒有測量實際存儲資源利用率的工具，或者有沒有程序來階段性的恢復(fù)已經(jīng)刪除的空間。

對于不同的部署方案，自動精簡配置對系統(tǒng)表現(xiàn)的影響可能也不盡相同，這取決于我們必須管理的大量的表格和文件碎片。我們建議最好向廠商索要一個全配置卷與自動精簡配置卷的對比基準(zhǔn)。

自動精簡配置的明天

自動精簡配置在未來可能會成為存儲系統(tǒng)的一個標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著自動精簡配置的逐漸普及，應(yīng)用和操作系統(tǒng)未來也可能會針對自動精簡配置的卷做出一些優(yōu)化，改進(jìn)存儲分配機制和相關(guān)信息的提供。我們認(rèn)為，上文提到的很多問題在未來都會因為操作系統(tǒng)和應(yīng)用的升級而被避免。

未來的一些技術(shù)也將會促進(jìn)自動精簡配置的普及。其中之一就是服務(wù)器的虛擬化，特別是VMware。在服務(wù)器虛擬環(huán)境之下，每個虛擬機都有自己的啟動卷和數(shù)據(jù)卷。啟動卷的容量由操作系統(tǒng)和啟動軟件共同決定，正常的容量大小與memory差不多，這是為了當(dāng)應(yīng)用失效時候，方便存儲轉(zhuǎn)儲(memory dump)。在沒有自動精簡配置情況下，實際啟動數(shù)據(jù)容量小于1GB時，用戶為啟動分配4GB到8GB的容量。而自動精簡配置之后，操作系統(tǒng)表面上可以分配8GB容量，實際上卻只有1GB。如果發(fā)生應(yīng)用失效，剩余的空間將會在創(chuàng)建存儲文件(memory file)時被分配。

另外一個能夠促進(jìn)自動精簡配置普及的技術(shù)是即將到來的固態(tài)硬盤，特別是基于Flash技術(shù)的固態(tài)硬盤。因為固態(tài)硬盤的價格比帶磁頭的磁盤要貴很多，基于成本考量，存儲管理員也都希望將固態(tài)硬盤組成的磁盤陣列的利用率提高到80%~90%。另外，固態(tài)硬盤在技術(shù)上不會遇到碎片影響表現(xiàn)的問題，因此自動精簡配置在固態(tài)硬盤上的運行會比傳統(tǒng)磁盤容易很多。

自動精簡配置允許將存儲資源管理從應(yīng)用和文件級別移動到存儲系統(tǒng)和塊級別。SRM并不特別成功的原因之一，就是在于應(yīng)用服務(wù)器和文件系統(tǒng)級別的已使用空間的測量問題。當(dāng)前的IT環(huán)境，通常傾向擁有成百上千的服務(wù)器和存儲設(shè)備，而且操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)都各不相同，安裝維護(hù)SRM，簡直就是一場惡夢。另外，SRM在塊級別文件上還不具備可視性，所以假設(shè)文件系統(tǒng)需要占用1TB空間，但卻被錯誤的復(fù)制了3次，SRM還可能無動于衷，不能告訴我們多占用了很多空間。如果采用了自動精簡配置，這種情況就將被杜絕，分配的空間將在塊級別被測量，這樣所有分配的容量就可以在一個中心控制臺測量，而不受應(yīng)用服務(wù)器的類型和數(shù)量約束。除此之外，它還可以觀察塊級別文件的復(fù)制情況。相信隨著自動精簡配置的普及，新一代的SRM軟件也將發(fā)揮更大的作用。

自動精簡配置已經(jīng)越來越受數(shù)據(jù)中心的歡迎，因為該技術(shù)的確能夠節(jié)省很多成本和管理時間。同時，自動精簡配置也一定程度的簡化了當(dāng)前存儲架構(gòu)的復(fù)雜性。誠如本文所說，也并不是所有的應(yīng)用都適合自動精簡配置，而且我們也可能在部署自動精簡配置的過程中遇到一些問題。不過相信這些問題會在自動精簡配置的發(fā)展過程中逐漸被解決，而且我們也相信，隨著其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，自動精簡配置將成為存儲分配的最佳方法。(ctocio)