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1、1甲龟1护记盛、才、生盛12公.口、，.，夕、.气1! 第3 7 卷 增刊 2 0 0 0年 1 0 月 计 算 机 研 究 与 发 展 J O UR NA L O F C O MP U T E R R E S E A R C H 百 下 ， :9 1 脸 增刊 陈琼等 集成式磁盘阵列的硬件性能均衡设计 阵列在速度上的“ 瓶颈” 首先是主机内存带宽， 其次是主机VME底板总线， 然后是主机S C S I 适配器的带宽， 最后才是磁盘驱动器6 .z 1 . 所以磁盘阵列的性能均衡设计是十分重要的. 所谓性能均衡是指在系统整体性能 要求下， 按各部件主要性能综合考虑， 合理选择部件， 组成高效的系
2、统. 磁盘阵列的性能均衡主要包括以下4 个方面: 各串控制器与申中 磁盘驱动器的性能均衡s P C I 总线与申适配器的性能均衡; 阵列适配器与 P C I 总线的性能匹配; 主存储器与阵列、 阵列c a c h e 的性能匹配. 在本文， 仅介绍第1 个方面的性能均衡设 计 问题. 2 性能分析与设计 根据S C S I 协议标准， 数据总线宽度为n的串控制器可以连接， 一1 个S C S I 磁盘驱动器. S C S I 磁盘驱动 器被启动后， 允许与S C S I 申控制器失连， 因而这 n -1 个磁盘驱动器可以由串控制器串行地启动， 并行工 作 但是， 对于S C S I 总线来说，
3、 任何时刻它只允许连接一个磁盘驱动器 当申控制器启动串上的第一个进盘 驱动器后， 磁盘驱动器独自进行I / O操作， 并与S C S I 总线失连， 串控制器继续选择S C S I 总线上的其它磁盘 驱动器. 磁盘驱动器在失连状态下将数据传送到磁盘驱动器中的c a c h e ， 当c a c h e 满时. 便向S C S I 总线请求 再连接. 若S C S I 总线不能立即响应， 磁盘驱动器则必须等待. 若再连成功， 便将“t h e的数据送往S C S I 总 线， 并再与S C S I 总线失连， 使S C S I 总线可以响应其它磁盘驱动器的再连请求 如此反复， 直到磁盘驱动器 的
4、 I 八 操作完成， 如图 1 所示. S C S I 选择时间磁盘鉴动器操作时间S C S I 总线传输时间 磁盘骊动器 T . - 图 I 磁盘驱动器与S C S I 总线时间关系图 其中B ， 为S C S I 总线选择时间; R +L +T为磁盘驱动器在失连状态下的I / O操作时间. R为磁盘驱动 器平均寻道时间， L为磁盘驱动器平均旋转延迟， T为从磁盘驱动器传输数据到磁盘驱动器c a c h e的时间; B f 为S C S I 总线传输磁盘驱动器c a c h e中的数据所需时间; T - i, 表示磁盘驱动器I / O完成后， 不能立即重连 的等待时间; T . , 、 表示
5、磁盘驱动器进行第 2 次重连的等待时间. 假设主机请求申数据大小为W 兆字节， 每个磁盘驱动器的平均 1 / O数据量为W/ n兆字节， 磁盘驱动器 c a c h e大小以及每磁道数据量为C兆字节， 道 道时间为R , S C S I 总线数传率为T， 每个磁盘驱动器重连 S C S I 总 线和 跨越的 磁道次 数为: m= W/ ( n C ) I . 当磁盘驱动器读写C兆字节的时间小于或等于串控制器重连 。 个磁盘驱动器并传输 n ( 兆字节的时间 时( 即R 十C / 几 簇n ( B , + C I T , ) )， 串1 / 0时间为: T, = B , +t ;+m n B ,
6、 +m n C I T , = ( m n + 1 ) B 心 +m n C I T =( m n 、 1 ) B 十t : * + WI T , ( 1 ) 又 其中: n = ” 1 . t , 一 m a x ( R + L + T ) , ( 。 一 1 ) B , 0 n = 1 当磁盘驱动器读写C兆字节的时间大于串控制器重连 ，个磁盘驱动器并传输 n C兆字节的时间时( 即 R ， 十C / T , n ( B , +C I T , ) ) 。 串 1 / 0时间为 苗 1 : .粼J刃一 - - 卜吐六.、咋了t，牛J、了勺工夕j峨、t尸刁， 计 算 机 研 究 与 发 展0 0
7、 0年 T, 一( ( ， 一1 ) n +1 ) B , +t , +( ，一1 ) t a co +( ( 。 一1 ) n +1 ) C / T , ( 2 ) 其 中 : to、 一 * ， 、 C /T a, 、 一 ;忿， 图2 所示为不同串控制器、 磁盘驱动器与串工 /() 时间关系图. 图中所用的磁盘驱动器参数见表 1 , 串控 制器参数设置为: 总线选择时间为 。 . 2 ms , 1 / O数据量总共为 3 0 MB， 并且还假设当串上只连接一个磁盘驱 动器时， 磁盘驱动器与S C S I 总线不失连. 从图2 中可以看出， 一方面， 当每串连接的磁盘驱动器数一定时， 串
8、1 / 0时间随着串控制器的数传率的增大而减少. 当每串只有 1 个磁盘驱动器时， 串控制器数传率为 2 0 MB / s 时， 串1 / O时间获得最小值; 若小于2 0 .1 4 B / 。串控制器成为“ 瓶颈” ， 串 1 / O时间比较高; 若大于 2 0 MB / s ， 串1 / O时间没有较大的下降. 若申内磁盘驱动器数为 2 时， 串控制器数传率等于4 0 MB / s 的串1 / O 时间最小， 若小于4 0 MB / s ， 则串控制器成为” 瓶颈“ ， 串1 / 0时间比较高， 若大于4 0 MB / s ， 串工 /() 时间没有较 大的下降. 另一方面， 当申控制器一
9、定时， 若选用I O MB / s 的串控制器， 则申1 / O时间没有随着磁盘驱动器的 增加而减少， 这说明串控制器已经成为 瓶颈” 部件， 这时通过增加磁盘驱动器数， . 不可能改善1 / O时间. 若 选用8 0 MB / s 的串控制器， 则串1 / O时间随着磁盘驱动器数的增加而减少， 但是， 当” 大于4 时， 串控制器成 为了“ 瓶颈“ , 1 / O时间没有明显的改善. 即， 若选用8 0 MB / 。 的串控制器， 则连接4 个类似于S T 3 4 5 2 O N性能 的磁盘驱动器最合适. 以上分析也表明。 当串控制器成为“ 瓶颈” 时， 可以选用更高性能的部件; 若磁盘驱动
10、器 成为“ 瓶颈” ， 则可以通过增加磁盘驱动器数来解决 瓶颈” 问题. 。 ./ 、表t 陇盘 斑动二 傲表 3 5试 ) 3 o o a 2 刃0 2 0 0 0 J 3洲 ) I O W 酬 0l . ”= 1 . n= 2 . 月=4 口”=1 5 磁盘驱动翻类 型SC 3 d 三 全 ， 、 最大 1 / 0数传率2 n 人 I H c a c 石 c大小i 2 k州 旋转速度7 艺 口 厅p “ 平均 寻道时间 串控制垂数传率 ( MB / s 1 平均旋转时! 川 平均道一 道时间 图 2 串控制器、 徽盘驱动器与串1 厂 0时间关系 3 结论 理论分析和实验结果表明: 每串挂接
11、的最佳磁盘驱动器数目可由串控制器数传率与磁盘驱动器峰值 数传率的比值获得. 若每串挂接的磁盘驱动器数大于这个比值. 串控制器将成为 。 瓶颈” 部件， 串工 / 0时间得 不到改善; 若小于这个比值， 磁盘驱动器将成为“ 瓶颈” ， 当每串挂接的磁盘驱动器类V.和数月N一定时. 选用数传率为N倍磁盘驱动器峰值数传率的串控制器最好. 否则， 若低干这个值、 串控制器将成为 瓶颈“ . 若高于这个值， 串1 / 0时间得不到明显的改善. 此时反而降低了系统的性价比. .考文献 Ch-k A. K- - 1 9 7 C阮n P. Gi 比o nG US A，1 9 9 0 . 7 4-8 5 R .
12、 P e r f o r m a n c e o f d i = k a r r a y p - - p , I n : P r n c o f ! h r A C M S I G ME T R I C S 9 1 . S a n D i , R - C a l i f o r n ia . 1 3 9 1 . I S 8 K a a R e r a 1 . An e v a l u a ti o n o f R A I D -me o n A md a h l 5 8 9 0 . 1 n : P - o f t h e A C M S I G 4 E TR I C S -. B i n d e r ( ( IT -t 组可 目一
