أداء أنظمة تخزين مصفوفة الأقراص في اتصال مضيف واحد

بشكل عام، تتمتع مصفوفات القرص أو القرص بأفضل أداء في سيناريو اتصال مضيف واحد. تعتمد معظم أنظمة التشغيل على أنظمة ملفات حصرية، مما يعني أن نظام الملفات لا يمكن أن يمتلكه إلا نظام تشغيل واحد. ونتيجة لذلك، يقوم كل من نظام التشغيل والبرامج التطبيقية بتحسين قراءة البيانات وكتابتها لنظام تخزين القرص بناءً على خصائصه. يهدف هذا التحسين إلى تقليل أوقات البحث الفعلي وتقليل أوقات الاستجابة الميكانيكية للقرص. تتم معالجة طلبات البيانات من كل عملية برنامج بواسطة نظام التشغيل، مما يؤدي إلى الحصول على بيانات محسنة ومنظمة لطلبات القراءة والكتابة للقرص أو صفيف الأقراص. يؤدي هذا إلى أفضل أداء لنظام التخزين في هذا الإعداد.

بالنسبة لمصفوفات الأقراص، على الرغم من إضافة وحدة تحكم RAID إضافية بين نظام التشغيل ومحركات الأقراص الفردية، فإن وحدات تحكم RAID الحالية تقوم بشكل أساسي بإدارة عمليات التسامح مع أخطاء القرص والتحقق منها. لا يقومون بدمج طلبات البيانات أو إعادة ترتيبها أو تحسينها. تم تصميم وحدات تحكم RAID بناءً على افتراض أن طلبات البيانات تأتي من مضيف واحد، وقد تم تحسينها وفرزها بالفعل بواسطة نظام التشغيل. توفر ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة التحكم فقط إمكانات التخزين المؤقت الحسابية والمباشرة، دون وضع البيانات في قائمة انتظار للتحسين. عندما يتم ملء ذاكرة التخزين المؤقت بسرعة، تنخفض السرعة على الفور إلى السرعة الفعلية لعمليات القرص.

تتمثل الوظيفة الأساسية لوحدة تحكم RAID في إنشاء قرص كبير واحد أو أكثر يتحمل الأخطاء من أقراص متعددة وتحسين سرعة قراءة وكتابة البيانات الإجمالية باستخدام ميزة التخزين المؤقت على كل قرص. تعمل ذاكرة التخزين المؤقت للقراءة الخاصة بوحدات تحكم RAID على تحسين أداء قراءة صفيف الأقراص بشكل ملحوظ عند قراءة نفس البيانات خلال فترة زمنية قصيرة. الحد الأقصى الفعلي لسرعة القراءة والكتابة لمصفوفة الأقراص بأكملها محدود بأقل قيمة بين عرض النطاق الترددي للقناة المضيفة، وحساب التحقق من وحدة المعالجة المركزية لوحدة التحكم وإمكانيات التحكم في النظام (محرك RAID)، وعرض النطاق الترددي لقناة القرص، وأداء القرص (الأداء الفعلي المدمج لـ كافة الأقراص). بالإضافة إلى ذلك، فإن عدم التطابق بين أساس التحسين لطلبات بيانات نظام التشغيل وتنسيق RAID، مثل عدم محاذاة حجم كتلة طلبات الإدخال/الإخراج مع حجم مقطع RAID، يمكن أن يؤثر بشكل كبير على أداء صفيف الأقراص.

الاختلافات في الأداء لأنظمة تخزين مصفوفة الأقراص التقليدية في الوصول إلى مضيفين متعددين

في سيناريوهات وصول المضيف المتعددة، ينخفض ​​أداء صفائف القرص مقارنة باتصالات المضيف الفردي. في أنظمة تخزين صفيف الأقراص صغيرة الحجم، والتي عادةً ما تحتوي على زوج واحد أو زائد من وحدات التحكم في صفيف الأقراص وعدد محدود من الأقراص المتصلة، يتأثر الأداء بتدفقات البيانات غير المرتبة من مضيفين مختلفين. يؤدي هذا إلى زيادة أوقات البحث عن القرص، ومعلومات رأس وذيل مقطع البيانات، وتجزئة البيانات لعمليات القراءة والدمج والتحقق وإعادة الكتابة. وبالتالي، ينخفض ​​أداء التخزين مع اتصال المزيد من الأجهزة المضيفة.

في أنظمة تخزين مصفوفة الأقراص واسعة النطاق، يختلف تدهور الأداء عن أداء مصفوفات الأقراص صغيرة الحجم. تستخدم هذه الأنظمة واسعة النطاق بنية الناقل أو بنية التبديل عبر النقاط لتوصيل أنظمة تخزين فرعية متعددة (صفائف الأقراص) وتتضمن ذاكرة تخزين مؤقت ذات سعة كبيرة ووحدات اتصال المضيف (على غرار محاور القنوات أو المحولات) لمزيد من المضيفين داخل الناقل أو التبديل بناء. يعتمد الأداء إلى حد كبير على ذاكرة التخزين المؤقت في تطبيقات معالجة المعاملات ولكن فعاليته محدودة في سيناريوهات بيانات الوسائط المتعددة. في حين أن الأنظمة الفرعية لمصفوفة الأقراص الداخلية في هذه الأنظمة واسعة النطاق تعمل بشكل مستقل نسبيًا، إلا أنه يتم بناء وحدة منطقية واحدة فقط ضمن نظام فرعي واحد للقرص. وبالتالي، يظل أداء الوحدة المنطقية الواحدة منخفضًا.

في الختام، تواجه صفائف الأقراص صغيرة الحجم انخفاضًا في الأداء بسبب تدفقات البيانات غير المنظمة، في حين أن صفائف الأقراص كبيرة الحجم ذات الأنظمة الفرعية المتعددة لصفيف الأقراص المستقلة يمكنها دعم المزيد من المضيفين ولكنها لا تزال تواجه قيودًا على تطبيقات بيانات الوسائط المتعددة. من ناحية أخرى، فإن أنظمة تخزين NAS المستندة إلى تقنية RAID التقليدية واستخدام بروتوكولات NFS وCIFS لمشاركة التخزين مع مستخدمين خارجيين من خلال اتصالات Ethernet تواجه تدهورًا أقل في الأداء في بيئات الوصول المضيفة المتعددة. تعمل أنظمة تخزين NAS على تحسين نقل البيانات باستخدام عمليات نقل TCP/IP متوازية متعددة، مما يسمح بأقصى سرعة مشتركة تبلغ حوالي 60 ميجابايت/ثانية في نظام تخزين NAS واحد. يتيح استخدام اتصالات Ethernet إمكانية كتابة البيانات على النحو الأمثل على نظام القرص بعد إدارتها وإعادة ترتيبها بواسطة نظام التشغيل أو برنامج إدارة البيانات في الخادم الرقيق. ولذلك، فإن نظام القرص نفسه لا يواجه تدهورًا ملحوظًا في الأداء، مما يجعل تخزين NAS مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مشاركة البيانات.