存储IO设计和性能调优.pdf

存储I/O 设计和性能调优 对于任何程序的运行来说，最慢、最花费时间的操作实际上是从磁盘中检索数据。这主 要缘于磁盘 I/O 访问中存在的物理机械过程(磁头旋转和寻道)。尽管磁盘存储技术在最近 几年取得了极大的进步，但磁盘的旋转速度却没有太大的提高。您必须清楚这样一个事实： 在一定条件下，RAM 访问仅需要大概 540 个 CPU 时钟周期，而磁盘访问则需要花费大概20 000 000 个CPU 时钟周期。很明显，系统中访问数据最薄弱的环节就是磁盘 I/O 存储系统， 从性能调整的角度来说，就是确保磁盘数据布局不会成为更严重的瓶颈。糟糕的数据布局将 会给 I/O 性能带来更大的影响。在对系统进行任何优化活动之前，首先应该了解您的存储 I/O 系统的物理体系结构，因为如果您所设计的存储 I/O 系统非常糟糕，并且其中包含慢 速磁盘，或者适配器的使用非常低效，那么其他的任何优化工作都无法提供帮助。 数据库的作用就是实现对数据的管理和查询。任何一个数据库系统，必然存在对数据的 大量读、写操作。所以I/O 问题也往往是导致数据库性能问题的重要原因。要控制好数据库 的整体I/O 性能，在规划数据库架构时就需要做好存储I/O 系统的设计和配置。例如，将对 I/O 要求不同的文件放置在不同的存储设备上；规划表空间容器的分布、均衡I/O 负担、使 用并行I/O 访问等。在一个应用系统的逻辑部署和物理部署图中，存储和操作系统位于应用 系统体系结构的最底层。而数据库是部署在操作系统和存储层之上的，所以我们在做数据库 的物理设计和逻辑设计之前，必须先做好存储I/O 设计。存储I/O 设计中最大的一个原则就 是将I/O 访问的分布最大限度地平衡在所有可以利用的物理设备上。 本章主要内容包括： 存储基本概念 存储架构 存储相关性能调整案例 存储设计性能相关问题 存储I/O 设计总结 1 存储基本概念 关于存储的概念太多，许多已经超出了本书的讨论范围。本章主要讲解最常见的几个概 念，它们是我们进行存储I/O 设计所必须掌握的。 1.1 硬盘 硬盘处于整个存储系统的最底层，核心的业务数据通常都存放在硬盘上。我们从硬盘上 读取一次I/O 要花费的时间如下： 硬盘上一次I/O 时间=磁盘寻道时间+磁头旋转到特定扇区时间+传输时间+延迟 图2-1 所示的硬盘I/O 传输图中标识了磁头在不同位置的寻道时间。衡量一个磁盘的I/O 能力有如下几个指标： 图2-1 磁盘I/O 传输图 硬盘的转速(Rotational Speed)：也就是硬盘电机主轴的转速，转速是决定硬盘内部传 输率的关键因素之一，它的快慢在很大程度上影响了硬盘的速度。同时，转速的快慢也是区 分硬盘档次的重要标志之一。硬盘的主轴马达带动盘片高速旋转，产生浮力使磁头飘浮在盘 片上方。要将所要存取资料的扇区带到磁头下方，转速越快，等待时间也就越短。因此，转 速在很大程度上决定了硬盘的速度。目前市场上常见的硬盘转速一般有5400rpm、7200rpm 和15000rpm。理论上，转速越快越好，因为较高的转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际 读写时间。但是转速越快发热量越大，不利于散热。现在的主流硬盘转速一般为15000rpm 以上。 平均寻道时间(Average Seek Time)：指硬盘在盘面上移动读写头至指定磁道寻找相应 目标数据所用的时间，它描述硬盘读取数据的能力，单位为毫秒。当单碟片容量增大时，磁 头的寻道动作和移动距离减少，从而使平均寻道时间减少，加快硬盘速度。 平均延迟时间(Average Latency Time)：指当磁头移动到数据所在的磁道后，然后等 待所要的数据块继续转动到磁头下所用的时间。 平均访问时间(Average Access Time)：指磁头找到指定数据的平均时间，通常是平均 寻道时间和平均延迟时间之和。平均访问时间最能够代表硬盘找到某一数据所用的时间，越 短的平均访问时间越好。 为什么要讲硬盘呢？因为DB2 数据库在工作时，一条SQL 语句在经过优化器编译时，优 化器会读取统计信息、数据库配置参数和相关硬件信息来为该条SQL 语句生成最优的执行计 划。其中的硬件信息包括表空间的transrate 和overhead。这两个参数的计算就是由硬盘 的相关属性来决定的。它们计算公式如下： transrate=(1