存储系统----存储技术（2）

SQLServer和 Windows I/O子系统

微软的SQL Server是一种利用Windows  I/O子系统的应用程序，没有覆盖SQL Server如何读取和写入NTFS文件系统的细节。我们将探讨具体的Windows I/O系统，它将错误报告给Windows事件日志。这应该有助于您解决许多存储错误。如图4-8所示，存储系统组件将错误报告给Windows系统事件日志，SQL Server把错误报告给Windows应用程序日志。您可以直接查看事件日志，或使用System Center挖掘事件日志以找到可操作的错误。

卷管理器驱动程序（FTDISK.SYS）创建一个新的I/O请求包传递给分区管理器驱动程序（partmgr.sys）。一旦创建了请求数据包，卷管理器把这个数据包发送到磁盘类驱动程序（DISK.SYS）。 FTDISK.SYS继续监视成功传递请求数据包。如果检测到问题，那么FTDISK.SYS会把错误报告到系统事件日志。这些FTDISK错误通常代表非常严重的存储系统的问题。此时磁盘类驱动程序将存储请求传给多路径系统驱动程序（mpio.sys）或端口驱动程序（Storport.sys）。多路径I/O是用在存储区域网络（SAN）的微软技术。供应商可以创建一个MPIO设备特定模块（DSM）的驱动程序，它详细介绍了多路径驱动程序应当如何负载平衡跨越不同存储路径的I/O。微软提供了一个通用的DSM，它提供有限的故障转移功能。非SAN技术，不使用MPIO。 HBA是硬件的物理块，用来连接磁盘驱动器和其他存储设备。HBA制造商创建与STORPORT.SYS连接的微型端口驱动程序。大多数HBA驱动程序各自将通信错误报告给应用程序事件日志。理想的情况下，这一事件整个链条的所需时间不超过20毫秒。性能是受多种因素影响，其中最重要的是延迟（latency）。FTDISK.SYS和SQL Server为每个I/O计时，如果往返时间超过15秒（对于SQL Server或FTDISK.SYS 1分钟），则错误会被报告到SQL日志和Windows应用程序事件日志。当你希望看到，一个正常运行以毫秒计量，那么1秒钟都是一个永恒。

选择正确的存储网络

本章开始举了单个磁盘驱动器中的SQL Server实例。更复杂的存储网络把多台主机，或启动器，连接到很多存储设备。这些先进的存储区域网络便于低延迟、高吞吐量通信。存储网络可以方便存储资源的共享。直连存储（DAS）提供了成本相对较低的良好性能，但DAS存储可以孤立性能和容量。想象多个应用程序，它们以不同的速率增长，或者用于不同的时间。连接到SAN网络的统一存储，能够使用户同时共享存储容量和可用性能。复杂的存储网络通常使用光纤通道（FC）技术搭建。

FC不同于多数服务器网络协议，因为它不是路由的。路由允许创建大而有弹性的网络，但是路由网络需要大量的开销来操作。如果您熟悉光纤通道，你可能已经知道路由解决方案。存在几款满足这一角色的产品，但它们的使用极其复杂。因为不是路由的， FC为直接的和交换的存储网络连接定义了标准。现代FC网络利用高速网络交换机进行通信。存储网络不限于光纤通道。几个协议定义了方法，用于在现有的服务器IP网络传送存储数据。光纤通道网络协议（Channel Internet Protocol--FCIP ）允许光纤通道数据帧封装在一个IP数据包内。互联网小型计算机系统接口（Internet Small Computer Systems

Interface--iSCSI）允许SCSI数据在IP网络上传输。FCIP和iSCSI传输存储网络的不同层。光纤通道帧类似于以太网数据帧。 SCSI是存储控制系统，媲美互联网协议。传输控制协议是一种网络互联协议，因此在存储网络里没有类似物（analogue）。新兴技术，如光纤通道以太网（Fibre Channel Over Ethernet--FCoE ），结合了现有的光纤通道网络与以太网路由网络的属性。不论用于传输存储信息的特定网络技术，记住，带宽不是无限的。过多的存储流量，不仅对单一系统的性能产生负面影响，它还可以阻碍所有连接的组件。许多应用程序必须满足服务等级协议（SLA ）列明的最低性能要求。存储网络的性能是整体应用性能的关键。

对比基于块的存储和基于文件的存储

Windows使用NTFS创建一个结构，使其可以使用一个或多个块来存储文件。当一台服务器直接访问物理磁盘时，它被称为基于块的访问。当数据通过服务器的网络访问，如TCP/IP协议，它被称为文件数据。提供文件访问的设备被称为网络附加存储（NAS）。磁盘驱动器把数据存储在块中。每个块包含512字节的数据（有些存储阵列使用520字节的块，额外的8位定义用于保证数据完整性的校验和）。磁盘驱动器数据块由磁盘固件使用逻辑块号（LBNs）分别编号。

SQL Server的最佳实践建议用于数据和日志文件的NTFS分区使用64K分配簇进行格式化。此设置效率最大化，浪费的空间最小化。如果分区用于存储许多小文件，那么它应该使用标准的4KB簇大小格式化。用完分配单元将导致一个碎片式的MFT$，这样会显著地损害文件访问性能。

从SQL Server 2008 R2开始，存储管理员可以选择使用服务器消息块（SMB）网络访问数据文件。 TechNet上提供关于SMB优势的详细介绍：http://technet.microsoft.com/en-us/library/ff625695(WS.10).aspx。

SQL Server 2012的支持SMB 3.0版，提供了比早期版本更高的性能。有关配置SQL Server 2012 SMB 3.0的更多信息请访问：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/hh759341.aspx。

设置SMB网络可让您通过UNC路径（\\server_name\share）连接到您的文件。这种访问可以大大简化基于网络的存储设置，然而您应该谨慎使用，并特别检查，以确保您的特定系统被支持，因为NAS设备通常不支持在此配置中使用。对比使用iSCSI网络的SMB，iSCSI是一个用于通过服务器网络访问块数据的协议。它需要使用主机服务器上的启动程序和一个兼容的iSCSI存储目标。SMB和iSCSI利用服务器网络进行通信，您必须确保服务器网络低延迟，并且有可用的带宽来处理位于它上面的需求。大多数光纤通道网络专门处理存储信息流（storage traffic）。如果你使用服务器网络传输块或者文件的SQL Server信息流，它可能被用来专门传输存储信息流。替代专用网络，需要考虑实施服务质量（QoS），它会把更高优先级放在存储信息流上，超过正常的网络数据包。请记住，没有技术能够提供灵丹妙药。即使健壮的网络也能被信息流填满，存储传输对延迟是极其敏感的。

共享存储阵列

共享阵列控制器主要负责逻辑分组磁盘驱动器。共享存储控制器支持创建免受故障的超大卷。除了直接附加存储控制器的正常功能，一个共享的阵列控制器同时提供存储性能和容量。共享阵列控制器，通常称为SAN控制器，提供比直接附加的系统更先进的功能。其功能集分成三类：

➤高效的容量利用率

➤存储分层

➤数据复制

但是，在钻研SAN阵列的特性之前，这将有助于着眼存储管理员用来形容他们系统的语言。

容量优化

为了解决空间浪费，一些存储阵列厂商现在卖一种叫做自动精简配置（thin provisioning）的技术。自动精简配置使用在存储池内即时存储分配的概念，凭借它，多个物理磁盘驱动器合并成一个大池。适当的RAID保护被应用到池中的磁盘驱动器。许多卷可以从每个池中创建。合成或虚拟卷出现在主机服务器中。当卷被作为精简设备创建，它只分配最少量的存储空间。

对于精简池，SQL Server通过把零写到整个数据文件来分配数据和日志文件。如果Windows Server设置为使用即时文件初始化，文件将在精简池以友好的方式创建。仅当数据实际增加时，新的存储才在池中被分配（http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ms175935(v=sql.105).aspx ）。使用零创建数据库文件是为了安全目的。物理写零到新的空间，有助于确保之前的数据不会意外地暴露给新主机。在激活即时文件初始化之前，检查安全需求。

如果数据文件已经被创建为一个用零填充的大文件，那么一个叫做零页回收的功能可用于在阵列上回收未使用的空间。运行零页回收允许阵列的零空间返回到可用的存储池，以便它可以被分配给其他应用程序。从一个数据库中删除数据，甚至删除卷中的文件，不会返还可用空间到精简存储池。至于回收已删除的文件空间，大多数存储供应商提供了一个主机端工具，它会检查NTFS主文件表（Master File Table）并从删除的空间重新分配空间。如果你决定从一个SQL Server数据或日志文件中删除空间，你需要运行DBCC SHRINKFILE命令先使文件更小，然后运行主机端存储回收工具，以便把空间返还到给定的精简池。不幸的是，精简存储池有一个肮脏的小秘密。当存储预测不准确时，为了优化存储使用，过度配置精简池是必要的。这意味着存储团队必须密切监视其新存储使用的增长速度。

如果微软Windows平台上对不再有可用空间的精简卷发出写请求，它会蓝屏服务器。为了防止这种情况，存储管理员有几种选择：运行一个存储阵列工具，如零页回收，收集未使用的空间，把更多的物理存储增加到精简池，或把卷迁移到不同的有更多空间的阵列。在变成严重问题之前捕获增长问题，至关重要。