eva multipath.doc

HP 自从推出 EVA4000/6000/8000 后，开始实行 Active/Active （ AA ）功能，让 EVA 磁盘阵列的虚拟磁盘（ vdisk ）的数据能被两个控制器的任一个读取或写入，相对于，韧体版本 vcs3.x 之前的 EVA3000/5000 所采用 Active/passive ， vdisk 的数据只能由拥有它的该控制器来使用，两者之间有很大的差别，从此， HP 开启了多重路径（ multipathing ）的时代，因此，本文将对这新观念加以探讨。 首先，我们先就旧有 Active/passive 的特性加以阐述， 1. AP 只允许一个控制器提供给一个特定的 Lun （ vdisk ）。 2. 该特定的 Lun 只能让拥有它的控制器使用，而不允许另一个控制器有使用权限。 3. 要同时间读取某一特定的 Lun ，只允许透过同一控制器的不同连接阜（ ports ）。 4. 要读取或写入 Lun 从另一个控制器，必须要移到另一个控制器。 5. 主机必须透过特定的软件，例如 HP-UX 的 Secure Path 来决定存取特定 Lun 的路径。 6. 当其中一个控制器故障时，该控制器所拥有的 Lun 的使用权限，自动移转到另一控制器。 7. Active/passive 的运作模式不是业界标准。 接下来，我们对 Active-Active 多重路径的特性加以分析： 1. 允许存取一个 vdisk （ Lun ）同时经由主机的连接阜到两个控制器。 2. 每一个 vdisk 都是被某一特定控制器所拥有，但是，仍可从另一个控制器来存取数据，如此的运作模式可以让两个控制器来分担负载，如果，一个控制器故障，由另一个控制器来负载所有流量。 3. 经由非拥有某特定 Lun 的控制器去存取该 Lun 的数据所造成效能的损失，读取的行为模式比写入来得大，其理由将在后面篇幅加以详述。 4. 能自行侦测最佳效能路径并自动转换从一个控制器到另一个控制器。 5. 排除必须依靠使用主机的应用软件，例如 HP-UX 的 Secure Path 才能决定存取的路径。 6. 使用主机的应用软件，例如 HP-UX 的 Auto path ， Windows 的 MPIO 是用来作负载平衡，而非决定存取路径。 7. AA 是业界的标准，因此，客户可以沿用旧有的主机总线配接卡（ HBA ），无须 HP 所指定专用的 HBA 。 我们了解 Active-Active 的特性后，再来探讨当存取请求发生时， AA 控制器的实际运作模式： 当控制器接到存取请求时，会开启所必须的前端工作： 1. 决定该存取目标的虚拟磁盘。 2. 决定哪个控制器拥有此虚拟磁盘。 3. 如果是另一个控制器拥有此虚拟磁盘，将会转送存取请求到那个控制器。拥有此虚拟磁盘的控制器，则会启动后端的工作，决定该存取的数据是否存在 cache 里面，如果在的话从 cache 直接存取，如果不在，则必须从磁盘里存取。 虽然，所有虚拟磁盘可以同时经过两个控制器来存取，存取的效能还是有分别的，使用不同路径，则有不同的效能表现，在这磁盘阵列里，每一个虚拟磁盘所被拥有的控制器，能提供最佳的直接路径到此虚拟磁盘。当读取数据的请求传至拥有该虚拟磁盘的控制器时，该请求会被直接执行，同时，数据立刻读回主机，如此直接执行的动作会减少工作负担，产生最佳效能路径到该虚拟磁盘。 当读取数据的请求传至非拥有该虚拟磁盘的控制器时，该请求必须被转传至拥有它的控制器来执行，所读取的数据然后再转传回原控制器，再回到主机，这些额外的工作负担形成了非最佳效能的路径。 因为，写入数据的请求会同时产生两个控制器的缓存器（ cache ）的同步效应，写入的效能将是一样的，与那个控制器接到的存取请求无关。请参考下图： 控制器针对某一特定虚拟磁盘的拥有权是在虚拟磁盘产生时就决定了。所有权和最佳效能路径能够被转换从一个控制权到另一个，其方式有两种，明确式（ explicitly ）或者暗示式（ implicitly ）。明确式（ explicit ）的虚拟磁盘转换是由主机下指令来形成，而一个暗示式（ implicit ）的转换会发生在下列两种情况： 1. 磁盘阵列侦测到有高比例的读取请求是由非拥有权的控制权来处理。 2. 控制器发生故障，另一个控制器自动取得所有虚拟磁盘的拥有权。 当虚拟磁盘的拥有权已被转换从一个控制器到另一个，所有虚拟磁盘的成员，包括 Snapshots ，也都跟着转换。 下列一连串的示意图是用来详述 AA 数据存取故障复原（ failover ）的运作模式。 图（一）显示 Active-Active 的结构，控制器 C1 拥有 LUN1 ， C2 拥有 LUN2 。 图（一） 假设图（二） C1 控制器故障，所有 LUN 移转到 C2 ，当移转完成，主机存取的请求并未受影响。这就是一种由内部自行引起的暗示式（ implicit ）虚拟磁盘移转。 图（二） 针对读取数据经由拥有权的控制器如图（三）： 1. 读取数据的运作模式与 Active-passive 相同 2. 以下图为例， LUN1 为控制器 C1 所拥有，读取数据皆经由 C1 的缓存器（ cache ）或透过 C1 直接从磁盘读取。 图（三） 针对读取数据经由非拥有权的控制器，例如图（四）， LUN1 为 C1 所拥有， C2 接到主机读取数据的请求， C2 会将此请求经由同步连接阜（ mirror port ）转至 C1 ，由 C1 来处理此读取请求，如此将会造成效能的损失。 图（四） EVA 本身有自我调整的机制，如果，它侦测到，自从上次变动后一小时内，大部分资料存取（三分之二）都发生非最佳效能路径以及至少有 5000 读取请求已被完成在这个 Lun ，则这特定 Lun 的拥有权将被移转，这 5000 的计数仅针对读取的请求，因为，在这种情况下写入并不会造成效能的损失。这是第二种型态的暗示式（ implicit ）虚拟磁盘转移。 如图（五）所示， LUN1 为 C1 所拥有，如果，大部分读取请求都经由 C2 ，再转 C1 来执行，造成效能的损失， Lun1 的拥有权会自动从 C1 转移到 C2 。 图（五） 写入数据到拥有所有权的控制器的运作模式是与 Active-Passive 相似，如图（六）所示： 1. 数据被写入 C1 的缓存器（ cache ）。 2. 数据同步被写入 C2 的缓存器。 3. 完成写入的情况被回报至主机 H1 。 4. 数据真正写入磁盘里。 这种运作模式称为写回式（ write-back ），并不会发生效能的损失，因为，其同步写入对方缓存器的动作就像 AP 一样。 图（六） 写入数据到非拥有权的控制器，其运作模式是和 AP 不一样的，如图（七）所示： 1. 资料被写到 C2 。 2. C2 透过同步连接阜（ mirror port ），转写入 C1 。 3. 完成写入的情况回报至主机 H1 。 4. 资料经由 C1 写入 LUN1 。 这种运作模式仍属于写回式（ write-back ）。 图（七） 在写入数据到非拥有权的控制器时，如果，发生控制器故障，如图（八）所示： 1. 数据被写入 C2 缓存器。 2. 数据被转写入 C1 缓存器。 3. 完成写入的情况被回报主机 H1 。 4. 如果 C1 在数据写入 LUN1 前发生故障，由 C2 写入 LUN1 。 图（八） 由以上的讨论，我们对 EVA 多重路