存儲在線專欄文章：EMC Symmetrix存儲陣列從1988年誕生至今，名字從Symmetrix到DMX，再到VMAX，已經(jīng)不下十幾種型號，硬件配置與架構(gòu)完全更替。而不變的就是操作這個龐然大物的心臟，操作系統(tǒng)Enginuity。至于Enginuity到底是以什么內(nèi)核而編寫的，就算EMC的工程師也很少有人能說得清楚。毋庸置疑的是這個擁有悠久歷史的存儲操作系統(tǒng)Enginuity讓Symmetrix一直以來領(lǐng)跑高端存儲，而其中Enginuity的性能優(yōu)化算法在中間扮演了重要角色。本文將對Symmetrix操作系統(tǒng)Enginuity的緩存優(yōu)化幾種算法進(jìn)行介紹，讓讀者走進(jìn)這個神秘存儲陣列的心臟。

Enginuity的最大化應(yīng)用性能的緩存算法:

Symmetrix Enginuity的主要功能可以分為幾大塊，除了文本中要介紹的緩存性能優(yōu)化算法以外。還包括支持高可用數(shù)據(jù)一致性、支持配置管理的虛擬池調(diào)配易用性與性能分層存儲、安全方面以及磁盤性能優(yōu)化等功能。緩存性能優(yōu)化功能作為Enginuity的核心組件，在保證處理并發(fā)與高負(fù)債的I/O過程中起著至關(guān)重要的作用。

眾所周知，高端存儲所需要支持的是一個復(fù)雜、且不斷變化的應(yīng)用環(huán)境。Enginuity在設(shè)計初始就是為了滿足可以高速將大量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的傳輸。Enginuity會利用一些內(nèi)部的機制與算法來最大化前端應(yīng)用的數(shù)據(jù)訪問，以及數(shù)據(jù)在陣列內(nèi)部的復(fù)制。緩存與磁盤作為Symmetrix陣列中主要的數(shù)據(jù)載體，緩存速度明顯高于物理磁盤，即使是在現(xiàn)今閃存盤大行其道的情況下，緩存仍然還是作為存儲陣列中的主要加速方式。所以，任何存儲陣列研發(fā)都致力于最大化在內(nèi)存中處理I/O，尋求緩存與物理磁盤之間的平衡，從而提升整體的性能性能，確保數(shù)據(jù)的一致性與安全性、更快的響應(yīng)前端的數(shù)據(jù)訪問請求。為了達(dá)成這個目標(biāo)，存儲系統(tǒng)需要知道哪些數(shù)據(jù)可能馬上要被訪問，然后把數(shù)據(jù)載入或者繼續(xù)留在緩存里。而且緩存與物理磁盤的這種平衡是一個連續(xù)的過程，且需要滿足所有邏輯卷。就Enginuity來說，它能通過一些算法來調(diào)整數(shù)據(jù)流與控制陣列性能，而且這些算法基于幾千臺已裝機的Symmetrix存儲陣列的實際分析而來，用來取保Enginuity可以根據(jù)已有的歷史數(shù)據(jù)，分析結(jié)果滿足最大化應(yīng)用數(shù)據(jù)訪問性能。而Enginuity的緩存算法可以體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.智能預(yù)讀算法：預(yù)讀算法的目的就是把需要的數(shù)據(jù)預(yù)先載入緩存，，因為任何智能存儲數(shù)據(jù)讀取的優(yōu)先是訪問緩存，如果緩存沒有命中，再從物理磁盤載入數(shù)據(jù)到緩存，然后返回給前端應(yīng)用主機。雖然預(yù)讀算法并不是Symmetrix首創(chuàng)，但是傳統(tǒng)的預(yù)讀算法只是簡單的基于任意數(shù)據(jù)大小與數(shù)據(jù)流的選擇，或者只是保守的預(yù)讀一個很長的順序讀寫的后續(xù)數(shù)據(jù)，還有為了滿足一些分散的小的I/O而去去讀一大段的數(shù)據(jù)從而滿足緩存命中的需求。而這種做法對于一些中短類型的順序讀的效果不是很好，而這部分的數(shù)據(jù)讀取在實際應(yīng)用環(huán)境中發(fā)生的情況可能會在90%以上。如果預(yù)讀的算法工作不夠高效，就會導(dǎo)致大部分在緩存中的數(shù)據(jù)不會被前端應(yīng)用訪問，造成資源浪費。Enginuity在處理預(yù)讀數(shù)據(jù)選擇的時候，會利用一些更加巧妙的方法來選擇預(yù)讀的數(shù)據(jù)。這種選擇基于動態(tài)的實時環(huán)境分析預(yù)估而得，且Enginuity的預(yù)讀算法只是會加載需要被訪問的數(shù)據(jù)，而不會影響其他I/O的活動。

2.基于標(biāo)簽的緩存算法：Tag-Based Cache（TBC）算法是從Enginuity早期版本（5670）就提出的革命性算法，并且一直沿用至今。它的目的是解決存儲滿足不同的應(yīng)用環(huán)境問題配置靈活性，TBC允許在很低的管理負(fù)債的情況下提供這種靈活性。簡單來說TBC的作用就是根據(jù)應(yīng)用來分配緩存，他的主要體現(xiàn)就是Symmetrix Dynamic Cache Partitioning功能。（參考：Symmetrix動態(tài)緩存分區(qū)技術(shù)（DCP）原理與配置）

3.PermaCache：談這個算法之前，我們要先談一下Enginuity處理駐留在緩存中數(shù)據(jù)的算法。Enginuity在空緩存的情況下，會結(jié)合預(yù)讀機制將數(shù)據(jù)漸漸載入緩存，滿足前端應(yīng)用讀取的需求。當(dāng)緩存用到一定的閥值以后，Enginuity會應(yīng)用到LRU算法，這個是也是在行業(yè)中被廣泛使用緩存頁面替換算法，全程叫做Least Recently Used。LRU顧名思義就是把最久的未被使用的數(shù)據(jù)從緩存里替換為新的數(shù)據(jù)。而這種算法在某些情況下會有一點列示，例如某些數(shù)據(jù)他訪問優(yōu)先級很高，但是被訪問的次數(shù)卻不多，我們通常把這些數(shù)據(jù)叫做HPRA（High Priority，Rarely Accessed）數(shù)據(jù)。對于這些數(shù)據(jù)，如果只是利用直接的LRU算法，這些數(shù)據(jù)會被很快的移除緩存，造成下次數(shù)據(jù)訪問的時候需要再次從物理磁盤載入，增加數(shù)據(jù)讀取的總時間，影響應(yīng)用性能。而PermaCache算法就是為了解決這樣的問題， PermaCache可以將特定的數(shù)據(jù)（以磁道為單位）長久滯留于緩存，以提供高速的訪問響應(yīng)。雖然這個方法配置起來需要EMC的工程師修改BIN文件，沒有用戶配置接口。但是作為一個極端的性能加速方法，它的作用顯而易見，也是緩存優(yōu)化的選項之一。

上面我們介紹了三種Symmetrix操作系統(tǒng)Enginuity的緩存性能優(yōu)化算法。可以看出，作為加速應(yīng)用的數(shù)據(jù)訪問速度主要載體-緩存，除了硬件本身的速度與緩存的大小以外，一些特定的算法同樣也可以在特定的情況下優(yōu)化存儲性能，Enginuity的智能預(yù)讀、基于標(biāo)簽的緩存算法，PermaCache都是可選的方式之一。Symmetrix的緩存處理機制比較復(fù)雜，本文只是羅列了其中一些功能。對于更多的Symmetrix緩存機制介紹，參考文章：Symmetrix緩存技術(shù)解讀

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