存储系统----存储技术（3）

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存储分层（StorageTiering）
         通常，制造非易失性存储器是为了提供高性能或高容量。高性能磁盘和闪存驱动器的成本比高密度存储要高得多。为了最有效地利用容量和性能，SAN阵列允许多种类型的存储，混合在给定的阵列中。SAN阵列中的这种混搭存储被称为存储分层。有些存储阵列提供自动化的存储分层，监视卷或卷片的高性能。当检测到预定的性能特性，阵列会把数据迁移到存储的更高层次。不同的存储厂商都以独特的方式实现存储分层，其中最独特的功能是迁移数据的粒度。有些使用几KB的传输大小，有些是GB的数据。每个系统都有不同的性能表现。存储分层具有改变性能超时的效果。许多金融系统总是需要一致的性能。如果您的特定系统要求可重复的性能（repeatable performance），那么存储分层就不应该被使用。
数据复制（Data Replication）
         SAN阵列提供内部和外部存储的数据复制。内部复制包含数据的快照和克隆。有些存储阵列提供内部阵列的数据迁移功能。快照和克隆都提供时间点数据副本。该数据副本可用于备份或报告（有关提升报表系统性能的更多信息可访问：http://sqlvelocity.typepad.com/blog/2010/09/scalable-shared-data-base-part-1.html）。快照和克隆都需要用数据库日志和数据文件同步创建。为了保持SQL数据完整性，日志文件和数据文件都需要在完全相同的时间被复制。如果日志和数据文件不同步，数据库可以出现不可恢复。在创建时间点数据复制之前，你需要决定所SQL Server需要的恢复类型。您可以使用SQL Server虚拟备份设备接口（VDI）创建应用程序一致的副本。 VDI是一个API规范，负责协调新的写操作冻结，把脏内存缓冲区页刷到磁盘（从而确保日志和数据库文件是一致的），以及分裂克隆或快照卷。分裂是阻止克隆操作，并使快照或克隆卷准备使用的过程。一旦分裂完成，数据库就恢复正常的写操作，读取不受影响。
         SQL Server提供了改善数据装载的功能。这些功能改变数据如何被写入，且能够影响SQL Server复制。Microsoft通过跟踪标志610提供了数据装载的详细信息：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd425070(v=SQL.100).aspx。
         如果数据库在有机会把缓存区页的脏数据刷到磁盘前关闭了，预写日志记录功能使SQL Server能够恢复写到日志文件的数据，这种恢复模式能够采用了先进的复制技术。在克隆被创建的时间点，克隆数据卷创建一个源卷的精确副本（如图4-9）。因为克隆是完全相同的副本，它能够隔离I/O性能。当克隆被装载到不同的主机时，源卷能正常继续运转。这能够把工作负载分配到多台机器，而不影响源卷。这种情况非常有助于高性能报表系统。记住，在存储阵列中，克隆卷需要与原始卷需求相同的空间。

硬件存储快照，如图4-10所示，是时间点数据复制。该快照不同于克隆数据复制，因为它仅保留更改的数据的原始正本。硬件快照不同于SQL Server数据库快照。SQL Server快照提供基于时间点的数据库的只读状态视图。有关SQL Server数据库快照的更多信息，请访问：http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ms175158.aspx。

当变化被写入到存储卷，该阵列存储原始数据，然后将新数据写入到磁盘中。所有的变化被跟踪，直到用户请求一个实时数据副本。该阵列关联所有更改的数据块，这些数据块现在代表那个时刻的卷的状态。用户可以继续创建多达阵列支持数量的快照卷。快照利用基于数据变化速率的能力。快照消耗比实际更多的数据是可能的。到期的快照卷可以减少空间消耗的量。快照不隔离性能。任何对快照卷执行的I/O，都要访问源卷和任何保存的更改。如果主数据库服务器太忙，以至于你已经决定利用第二台服务器来执行报告功能，一个克隆卷可能是比快照更好的选择。对于业务连续性和灾难恢复（ BCDR ），你还可以考虑分层的方法。克隆卷提供一个唯一的数据副本。请记住，克隆是原始数据的镜像，并会消耗与原始卷相同的容量。保持几个克隆副本可能成本高昂。快照可以提供许多价格便宜点的实时（point-in-time）副本，但如果主数据卷被泄露（compromised），他们将无法正常工作。您可以启用一个数据克隆，以防止灾难性的数据故障。快照可以采取更加频繁，使DBA能够回滚到某个特定的时间点（这在发生用户错误或计算机中病毒时非常有用）。
远程数据复制
SAN和NAS阵列控制器都提供了外部数据复制。这项功能能够使两个或多个阵列控制器同步数据。供应商提供了实时（real-time）或即时点（point-in-time）数据迁移框架。实时框架复制变化是在它们写入阵列的时候。这种复制是同步或异步执行的。同步数据复制对延迟非常敏感，因此不用于超远距离。
同步复制
当SQL Server把变化写到数据或日志文件时，请记住，用户数据库和日志文件都必须复制，同步复制系统把I/O写到电池支持的数据缓存。阵列然后把I/O发送到它的复制伙伴，伙伴把I/O写到自己的缓存，然后发送一个成功确认给源阵列。这时候，基于专有缓存算法，存储阵列把数据动缓存写到磁盘，并且会发送一个成功确认给SQL Server。如果要处理过多的复制数据，或距离太远，数据库就会非常慢。
异步复制
不用等待单个改变提交到两个阵列，异步复制会发送一连串改变在阵列之间。当I/O成功地写入缓存，源阵列会把一个成功确认发送到SQL Server。这种方式写改变不会减缓SQL Server处理。主阵列把改变发送到群组中的远程阵列，远程阵列收到一组改变，确认成功地收到后，把改变写到物理媒体。每个提供异步远程复制的供应商都有一个专属方法来确保成功传送，以及从阵列之间的通讯问题中恢复。从BCDR的期望来看，实施异步复制的缺点是潜在的一些数据丢失。因为写I/O是在源阵列中即刻确认的，一些数据总在阵列中传输，多数计划外的故障转移事件会导致传输数据丢失。由于SQL Server设计，数据丢失并不意味着远程数据库是损坏的。一些存储厂商把即时点技术和远程复制合并在一起。这些功能能够让管理员对用户数据库采取克隆或快照（若需要，可以使用VDI创建一个应用程序一致性的数据副本），并把数据发送到远程阵列。正如异步复制，即时点远程复制对服务器有低影响的优势。远程发送快照使你能够专门控制潜在数据丢失。如果你设置快照间隔为5分钟，你有理由确定万一发生了计划外的故障，你丢失的数据变化不会超过5分钟。确定精确的预期数据丢失的量，在业务商谈BCDR参数时有巨大优势。
Windows故障转移群集
很多SQL Server安装利用Windows Failover Clustering来搭建高可用SQL Server群集。这些系统创建一个虚拟的SQL Server，驻留在一个主动服务器和至少一个被动服务器。SQL Server 2008和2008 R2故障转移群集仅支持共享存储故障转移群集。SAN存储阵列允许所有的SQL Server群集访问同一个物理存储，以及把该存储在节点间转移。SQL Server故障转移群集是基于“shared nothing”的概念，SQL Server实例可以仅存在于一个主动服务器上。SQL Server把一个活动锁放在日志和数据文件上，以防止其他服务器或程序访问文件，防止SQL Server无法察觉的数据改变。除文件锁之外，故障转移群集还会积极地阻止其他系统通过SCSI保留命令使用存储卷。故障转移群集能够设置自动转移，即发生故障时将实例转移到备用服务器。SQL Server故障转移群集还支持使用geo-clustering。geo-cluster使用存储复制来确保远程数据与源数据同步。存储厂商提供专有群集资源DLL，它利用cluster-to-storage-array通讯。使用资源DLL，可以实现站点间快速的故障转移，而很少或不需要管理员介入。传统的故障转移系统需要多个团队的交互。使用geo-cluster可以大大简化故障转移处理，但不幸的是，SQL Server 2008和2008 R2仅支持在共享相同IP子网的两台服务器上实施geo-clustering。这种网络技术被称为stretch virtual local area network（stretch VLAN），它常常需要网络工程师实施复杂的网络技术。SQL Server 2012通过AlwaysOn Failover Cluster Instances解决了这个问题。新功能使每台SQL Server都能使用一个IP地址，这个IP地址如同其他主机，不会绑定到同一个IP子网中。多子网SQL Server故障转移群集网络名称启用属性RegisterAllProvidersIP，这提供了SQL Server配置使用的所有IP地址。
SQL Server AlwaysOn Availability Groups
AlwaysOn Availability Groups的配置和搭建超出本章节的范围，从存储角度看，Availability Groups为复制数据提供了一个新的、基于服务器的方法，复制数据是以应用程序为中心的，而不是以平台为中心。如前面讨论，存储系统能够使用即时点数据副本来实施数据备份和性能隔离。决定故障转移是基于应用程序还是基于硬件，是一个架构选择。
SQL Server早期版本使用日志传送，之后是镜像，来保持备用SQL Server更新信息。至于日志传送和存储复制，远程数据库都必须在数据同步前离线。Availability Groups能够使用接近实时的可读辅助数据库服务器。只读数据副本有利于报表卸载，乃至备份。另外，Availability Groups支持同步或异步数据复制，以及多个辅助服务器。你可以配置一个辅助服务器用于本地的报表系统，第二台服务器可以远程驻留，这样就提供了远程BCDR。每个远程辅助服务器需要和主数据库同样多的存储容量（通常还有性能）。另外，网络要能处理本地及远程复制数据所产生的网络流量。最后，所有的服务器都必须有足够的可用性能来处理复制。如果你的服务器受限于处理器、存储或内存，使用基于存储的复制尝尝是有利的。AlwaysOn Availability Groups作为一个强有力的新工具，现在增强了SQL Server工具包。
风险缓解计划
所有的复制及备份技术都是为了减缓风险。要恰当地定义用于BCDR策略的程序和技术，你需要判定你需要系统多久联机（online）以及处理过程中你的业务愿意丢失多少数据。故障系统恢复到联机所花费的计划时间被称为恢复时间目标（RTO）。执行故障转移时所估算的可能丢失的原始数据量被称为恢复点目标（RPO）。设计一个恢复计划时，谈清楚RTO和RPO目标是重要的。要确保恢复目标满足业务需求。要知道，提供一个快速的故障转移时间，同时很少或没有数据丢失的系统尝尝非常昂贵。一个好的经验法则是，停机时间越短，且预期的数据丢失越低，系统花费越多。