ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Публикационная активность

(сведения по итогам 2017 г.)
2-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,500
2-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,405
Двухлетний импакт-фактор РИНЦ с учетом цитирования из всех
источников: 0,817
5-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,319
5-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,264
Суммарное число цитирований журнала в РИНЦ: 6012
Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам: 404
Индекс Херфиндаля по организациям авторов: 338
Десятилетний индекс Хирша: 17
Место в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2017 год: 527
Место в рейтинге SCIENCE INDEX за 2017 год по тематике "Автоматика. Вычислительная техника": 16

Больше данных по публикационной активности нашего журнале за 2008-2017 гг. на сайте РИНЦ

Вход


Забыли пароль? / Регистрация

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

4
Ожидается:
16 Декабря 2018

Оценка вероятностно-временных характеристик сетей хранения данных SAN

Likelihood-time characteristics estimation of storage area networks
Статья опубликована в выпуске журнала № 4 за 2009 год.[ 16.12.2009 ]
Аннотация:Рассматриваются технология сетей хранения данных SAN и ее компоненты. Разработанная модель оценки вероятностно-временных характеристик позволяет определить производительность и среднее время задержки запроса клиента. Представлены результаты моделирования коммутатора Fibre Channel и их анализ.
Abstract:The technology storage area network and its components is considered. The Developed model of likelihood-time characteristics estimation allows to define productivity and average delay of client’s inquiry. Results of Fibre Channel switches modeling and it analysis are presented.
Авторы: Татарникова Т.М. (tm-tatarn@yandex.ru) - Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, Санкт-Петербург, Россия, доктор технических наук, Аль-Хаками Али Мохаммед Омар (tm-tatarn@yandex.ru) - Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина), ,
Ключевые слова: серверы, ресурсы хранения, технология fibre channel, архитектура коммутатора, сеть хранения данных
Keywords: servers, storage resources, technology Fibre Channel, architecture of the switch, storage area network
Количество просмотров: 5688
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (4.85Мб)

Размер шрифта:       Шрифт:

Высокоскоростная сеть передачи данных Storage area network (SAN) предназначена для подключения серверов к устройствам хранения данных. Разнообразные топологии SAN замещают традиционные шинные соединения сервер–устройства хранения и предоставляют по сравнению с ними большую гибкость, производительность и надежность. Транспортную основу SAN составляет протокол Fibre Channel, использующий как медные, так и волоконно-оптические соединения устройств [1].

Сети хранения данных состоят из следующих компонентов:

-    адаптеры для подключения серверов к сети;

-    ресурсы хранения данных;

-    устройства, реализующие инфраструктуру SAN;

-    программное обеспечение.

Подпись:  Рис. 1. Компоненты сети хранения данных SANВзаимосвязь компонентов SAN показана на рисунке 1.

Адаптеры устанавливаются в серверы и осуществляют их взаимодействие с SAN по протоколу Fibre Channel. Стек протоколов Fibre Channel реализован внутри контроллера HBA.

К ресурсам хранения данных относятся дисковые массивы, ленточные приводы и библиотеки с интерфейсом Fibre Channel.

Устройствами, реализующими инфраструктуру SAN, являются коммутаторы Fibre Channel (FC-коммутаторы).

Программное обеспечение (например, драйверы устройств, менеджер томов Volume Manager и другие) поддерживает таблицу путей доступа к устройствам и обеспечивает отключение путей в случае аварии, динамическое подключение новых путей и распределение нагрузки между ними. Программное обеспечение используется также для управления SAN: для отображения топологии, управления зонами на коммутаторах, обнаружения отказов устройств в SAN, сбора статистики производительности и т.д.

Серверы и ресурсы хранения данных соединены между собой через общую память FC-комму­татора. Архитектура FC-коммутатора приведена на рисунке 2. Менеджер очередей управляет доступом и разрешает конфликты. При поступлении запроса клиента на/от входного порта менеджер анализирует затребованный адрес и по кабелю отсылает его к соответствующему ресурсу хранения данных или серверу по выходному порту.

Производительность FC-коммутатора в большей степени определяется тем, насколько пересекаются клиентские запросы в памяти от разных портов коммутатора.

Подпись:  Рис. 2. Архитектура FC-коммутатораВ предлагаемой модели оценки вероятностно-времен­ных характеристик SAN используются следующие обозначения: t1 – отрезок времени на обращение контроллера к буферной памяти (БП) порта FC-коммутатора; t2 – отрезок времени обращения порта к разделяемой памяти; t3 – интервал времени, в течение которого блокируется обращение к разделяемой памяти.

Параллельность выполнения процессов в коммутаторе задается произведением логических показателей использования его модулей: t=t1 t2 t3.

Для каждого цикла время обращения конкретного порта FC-коммутатора к одной из своих М очередей разделяемой памяти равно 1/М. Следовательно, вероятность того, что доступ к данной очереди разделяемой памяти заблокирован, составит t¢/M, где t¢ – интервал времени, в течение которого  порт осуществляет пересылку (занимает память), включая пересечения с запросами других портов.

Следовательно, для N портов вероятность того, что вход в очередь разделяемой памяти не заблокирован, определяется как

,                                                         (1)

а того, что память заблокирована или занята другим портом, как

.                                             (2)

При N=М=1 использование памяти равно t¢=t. Следовательно, длительность циклов памяти (производительность), нормализованную по системе, состоящей из одного порта и одной очереди, можно выразить в виде:

,                                         (3)

а общую производительность системы с М очередями общей памяти – в виде

,                                      (4)

где L – коэффициент производительности системы.

Пусть t¢¢ и tт – среднее время цикла порта (среднее время между обращениями к разделяемой памяти одного порта) и время блокировки очереди соответственно; tе – среднее дополнительное время ожидания освобождения блокированной памяти. Тогда t и t¢ определяются как

,                                             (5)

и окончательно

.                                                        (6)

В соответствии с принятыми определениями L/N – это отношение скорости исполнения команд порта при наличии или отсутствии влияния других. Скорость исполнения команд без учета такого влияния равна 1/t¢¢, а с учетом – 1/(), откуда имеем .

Используя приведенное выше выражение (6), для te находим:

                                                                      (7)

или .

Подставив значение t¢ в уравнение и произведя перестановку переменных, получим полиномиальное уравнение N-го порядка, которое может быть решено относительно коэффициента производительности L системы:

.             (8)

Показатель эффективного использования представляет собой часть временного цикла порта, затраченную на конкурентный (непараллельный) цикл памяти. Численное значение t может быть получено перемножением индивидуальных показателей использования элементов, доступ к которым осуществляется последовательно. В связи с этим определим t1, t2 и t3 как интервалы времени обращения порта к собственной БП, обращение порта к общей разделяемой памяти и времени, в течение которого выходная очередь общей  памяти заблокирована, то есть занята другим портом. Проанализируем каждый из этих показателей [2].

Подпись: М,
S	r	L=1024	L=512	L=256	L=128	L=64
		Трафик
		асим.	симм.	асим.	симм.	асим.	симм.	асим.	симм.	асим.	симм.
М=1
S=16	0.3	5.2	4.83	3.5	3.00	3.1	2.61	2.0	1.52	4.77	4.73
	0.6	5.8	5.44	3.8	3.5	3.2	2.62	2.04	1.52	5.05	4.97
	0.9	6.1	5.63	4.0	3.5	3.2	2.62	2.1	1.52	5.41	5.21
М=4
S=16	0.3	5.1	4.73	2.9	2.7	1.8	1.69	1.6	1.49	1.4	1.24
	0.6	5.2	4.97	3.0	2.87	2.4	1.96	1.8	1.5	1.35	1.24
	0.9	5.4	5.21	3.5	3.0	2.1	1.96	1.72	1.5	1.32	1.24
М=8
S=16	0.3	4.84	4.7	2.76	2.66	2.76	1.62	1.25	1.2	1.3	1.03
	0.6	5.03	4.93	2.81	2.78	1.95	1.8	1.34	1.29	1,3	1.03
	0.9	5.19	5.15	3.03	2.87	2.1	1.8	1.4	1.29	1.1	1.03Определение t1. Время приема в БП порта определяется отношением длины пакета к скорости передачи/приема в дуплексном канале соответствующего порта.

Определение t2. Время обращения к памяти определяется произведением длины пакета и цикла  обращения к разделяемой памяти.

Определение t3. Время t3, на которое блокируется память, рассчитывается с помощью двухфазной замкнутой сети массового обслуживания с конечным числом источников. В системе имеется 2S источника, где первые S источников моделируют порты в режиме приема, вторые S источников – порты в режиме передачи. В системе также имеется S=М одноканальных приборов обслуживания, моделирующих очереди разделяемой памяти.

В таблице приведены значения задержки при разных показателях: r – коэффициент использования канала; М – число очередей в разделяемой памяти; L – длина запроса для асимметричного и симметричного трафиков.

Анализ результатов показывает, что наибольшее влияние на задержку и  производительность FC-коммутатора оказывают длина запроса, цикл обращения к общей памяти и число очередей общей памяти. Это объясняется архитектурной особенностью данного типа коммутатора:

·     чем больше длина пакета, тем чаще нужно обращаться к памяти для перезаписи запроса в общую память блоками длиной в машинное слово;

·     для данного типа FC-коммутатора время обращения к памяти является одной из главных характеристик, так как конкуренция потоков происходит именно за обращение к памяти;

·     увеличение количества очередей общей памяти распараллеливает процесс обращения к ней и, следовательно, уменьшает время обработки пакета;

·     время обработки пакета в FC-коммутаторе для симметричного трафика меньше, чем асимметричного при одном и том же количестве очередей, что тоже справедливо, поскольку каждый выходной порт закреплен за определенной секцией и в случае асимметричного трафика это приравнивается к наличию только одной очереди, так как обращение каждый раз происходит именно к ней.

Скорость и коэффициент использования канала оказывают слабое влияние на изменение производительности FC-коммутатора.

Литература

1.   Кормильцев А.И. Как построить оптимальную систему хранения данных // Сети и системы связи. 2002. № 11. С. 52–58.

2.   Кутузов О.И., Сергеев В.Г., Татарникова Т.М. Коммутаторы в корпоративных сетях. Моделирование и расчет. СПб: Судострение, 2003.


Постоянный адрес статьи:
http://swsys.ru/index.php?page=article&id=2410
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (4.85Мб)
Статья опубликована в выпуске журнала № 4 за 2009 год.

Назад, к списку статей

Хотите оценить статью или опубликовать комментарий к ней - зарегистрируйтесь