Dell|EMC PowerPathTM

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Dell|EMC PowerPathTM  软件与 Dell|EMC 或 EMC® Symmetrix®  存储系统一起提供智能I/O通路管理。PowerPath通过不断地智能均衡I/O，帮助提高服务器管理重的存储负载的能力。它自动配置多个通路，并随着负载的变化动态调整，优化性能。由于PowerPath可自动检测并恢复服务器与存储之间的通路故障，提高了Dell | EMC和Symmetrix存储系统的可用性。在通路被修复之后，PowerPath自动恢复在线通路，帮助减少计划内故障恢复服务。
PowerPath软件配置在每个运行UNIX® 、Microsoft® Windows® 、Novell® NetWare® 或Linux® 操作系统的主机服务器上。它支持Fast-Wide Differential（FWD）SCSI，UltraSCSI和光纤通道接口。
在安装PowerPath之后1 ，系统管理员可以在服务器保持完全可用的情况下完成所有通路的维护、监视和配置工作，减少了计划内故障。普通的连线工作和存储处理器的替换工作可以不关机的情况下完成。 图1 总结了PowerPath软件的优势。


图1. PowerPath软件的优点
了解PowerPath体系结构和多通路
动态负载均衡的多通路和通路故障恢复技术源自20世纪80年代的大型机环境。这些早期产品消除了I/O通路的单点故障，但它们不能提供可扩展性、调整应用性能、易用性和最大化的运行时间。PowerPath将类似大型机的功能赋予运行UNIX、Windows、Novell和Linux操作系统的服务器。SCSI协议是开放系统中的支柱技术，PowerPath体系结构可以在SCSI和光纤通道的物理互连中管理这些协议。
PowerPath放置在主机服务器上，它在多个可用通路之间均衡I/O负载。应用程序向一个逻辑设备提交I/O操作，PowerPath负责选择通向物理设备的通路。(见图2 )


图2. 在PowerPath体系结构中使用的设备
PowerPath在逻辑设备以及访问这个设备的可用通路之间提供一对多映射。如果不使用PowerPath，映射关系是一对一的—一个设备只存在一个有效通路。
图3 展示了放置在服务器上的PowerPath如何作为应用、操作系统和SCSI设备层之间的一个瘦软件部件。PowerPath的运行独立于应用、数据库管理器、管理工具、文件系统以及卷管理器，因此系统管理员无需更改现有的软件即可安装和配置它。


图3. PowerPath软件体系结构层
PowerPath软件具有一个"强大的驱动器"，它放置在主机上，位于主机总线适配器（HBA）设备层之上。这个透明的部件使得PowerPath可以创建虚拟的"强力设备"，为Dell | EMC存储系统提供防止故障和负载均衡的通路。(见图4 )


Figure 4. PowerPath power devices
在部署PowerPath之后，服务器和存储系统之间的路径可以看作是一个复杂的通路。一个强力设备可以包括多达16个物理I/O通路，每个通路指定一个不同的名称。无论通路有多复杂，PowerPath总能为主机服务器和Dell | EMC存储系统之间的完整通路提供故障恢复保护。
使用PowerPath进行I/O负载均衡
图5 比较了两个具有典型的I/O队列的服务器环境：一个服务器中带有PowerPath软件，另一个没有。在没有PowerPath的环境中，服务器将每个磁盘资源看作是一个通路。没有提供动态负载均衡。系统管理员必须考虑每个应用的存储需求来重新计划I/O负载的分配，以便I/O负载分散到配置中的多个通路和存储处理器中。


图5. 没有PowerPath（左侧）和具有PowerPath（右侧）的环境中的I/O负载均衡
由于在这样的环境中存在严重的负载不均衡现象，因此系统管理员或数据库管理员必须将服务器应用重新分配到其它通路，重新均衡I/O负载。负载不均衡可能导致一个或多个I/O通路拥挤，而另外的通路中的负载很轻。这种不均衡可能会导致错误和不可预见的应用性能，并可能会严重损害高负载的磁盘资源的性能。此外，管理员可能需要重新配置阵列子系统，以便提供足够的存储容量，消除单设备瓶颈，重新均衡负载。
使用PowerPath软件来改善这种I/O拥挤的状况会极大地提高服务器应用的性能，使得性能等级保持一致并且可预测。PowerPath使用一个动态负载均衡算法，智能地在所有可用的通路之间分配I/O请求。管理员可以从四种类型的负载均衡策略中选择：循环制，最小I/O，最小块，和Dell | EMC优化（缺省设置）。图6 中描述了这些策略以及PowerPath的基础故障恢复策略和维护策略。


图6. PowerPath软件中提供的复杂均衡策略
Dell | EMC优化策略
PowerPath监视服务器和存储系统之间的所有通路的I/O，并使用选定的负载均衡策略来选择负载最轻的通路。例如，使用Dell | EMC优化负载均衡策略，PowerPath智能地为每个I/O请求选择通路，基本在所有通路上创建均衡的负载分布。
管理员还可以使用Dell | EMC优化策略来设定Dell | EMC阵列的设备优先级。为每个设备设定不同的优先级可以为某些应用提供更大的带宽。例如，与订单录入应用相关的设备，可能需要高优先级。通过保证这些高优先级设备的可用性 - 即便在服务器同步写数据库日志时 - PowerPath可以提供最佳的事务性能。为与其它类型的I/O相关的设备分配低优先级，例如表空间I/O，将会异步完成I/O操作，而且没有对事务性能带来直接的影响。
使用PowerPath建立通路故障恢复
通路的丢失往往限制了一个或多个应用的可用性。HBA、通道管理器、光学通道判定环路（FC-AL）集线器、光纤通道交换机或线路中出现的故障将会阻碍I/O从缓存传递到服务器。如果丢失了一个通路，PowerPath将会把负载均衡到剩余的通路中。系统可以在这种性能有所损失的状况中继续运行，以便维护人员等待一个时间来关闭系统并替换故障部件。系统停机时间的多少取决于故障部件的类型。
图7 中比较了在具有和没有PowerPath的环境中的通路故障恢复。典型的通路故障恢复产品成对工作，一个通路备份另一个通路。在出现故障后，整个负载传输到另一个预先分配的通路中，通过加倍通路的负载和牺牲它的能力来满足I/O需求。其它的通路对不能共享故障通路的负载。


图7. 带有和不带有PowerPath的环境的故障恢复通路
PowerPath将所有的可用通路作为一个集合组。如图7 所示，PowerPath将故障通路的I/O分配到剩余的三个通路上；获得现有容量的同时，每个通路仅承担部分负载。如果一个通路出现故障，PowerPath自动并且非破坏性地将后续I/O指引给其它的通路。
PowerPath真正支持端到端通路故障恢复。它在一个HBA和一个Dell | EMC阵列卷之间支持多个通路。PowerPath利用交换机和Dell | EMC端口之间的多个连接点，在其它通路上实现通路恢复。PowerPath配置充分利用多个通路所提供的带宽，提供高可用性，并增强了性能。
配置和管理PowerPath
PowerPath在三个光纤通道拓扑中都可工作—交换光纤，裁决环路和端到端连接—增强了高可用性，避免了I/O拥挤。
高可用性: 管理员可以在光纤通道存储区域网络（SAN）中获得这一功能，方法是在连接之间配置两个通路，配置通向SAN部件的替代路径，配置冗余SAN部件。
避免拥挤: 在多个服务器向一个SAN部件发送I/O请求时将会出现SAN拥挤，如果这个部件是存储整合的扇出或扇入部分，情况则更加糟糕。均衡I/O负载可以避免拥挤。
从总体上看，端到端FC-AL通路将磁盘I/O负载与其它服务器相隔离。但光纤通道交换机和FC-AL集线器增强了连接性，消除了这种隔离。来自一个服务器的I/O负载会影响到共享同一个FC-AL交换机的所有服务器（见图8 ），造成了SAN内的拥挤。


图8. 交换机配置的共享通路
典型的交换机和集线器配置使服务器和应用性能的管理更加困难，因为I/O性能调整必须使用SAN内所有服务器的不断变化的负载。只有对这种环境进行时间密集型分析，所得到的统计数据才能正确地分配负载，避免SAN拥挤。
PowerPath智能计算每个通路的输入I/O队列的深度，然后在每个服务器的所有通路上均衡新的I/O负载（见图9 ）。这一负载均衡过程将在整个光纤或环路内继续；PowerPath根据每个通路的性能为每个服务器调整通路的选择。PowerPath可以不断地调整I/O负载，而且不会中断应用。


图9. PowerPath对共享通路的影响
PowerPath可随时优化每个服务器地性能，重定向SAN中拥挤区域的I/O。但是，这一功能依赖于足够的I/O带宽；SAN必须提供足够数量的通路，PowerPath才能选择能为给定服务器提供足够性能的通路。
在群集环境中使用PowerPath
群集将一个或多个高性能服务器互连在一起，使它们协同工作，作为一个处理资源或一个高可用资源。这一配置提供了高可用性和资源的扩展性。与独立运行地服务器相比，它可使用替代硬件来运行应用，极大地提高了应用的可用性。当发生故障时，应用程序可以快速地从一个服务器节点切换到另一个节点。
PowerPath完善了群集环境，支持共享群集资源，并提供通路故障恢复功能和负载均衡的通路。它减少了由于I/O通路故障而导致的节点故障的数量，最大化了现有的I/O带宽，提高了每个节点中应用的可用性。
共享访问和并发访问群集
群集自动将访问从故障节点切换到群集中的其它正常节点，保持了对共享存储资源和应用的访问。
通常，一个共享访问群集配置使应用一次仅访问一个节点。当一个节点出现故障的时候，群集中的另一个节点将接管共享存储；这个节点故障恢复将会破坏应用和用户的访问。在共享访问群集的每个服务器上提供PowerPath可以减少由于I/O通路故障而导致的节点故障恢复，从而提高了群集的可用性。PowerPath在检测到通路故障之后，将I/O重定向到一个替代通路中。因此，节点故障恢复只在节点的最后一个通路也出现故障的时候才会出现。图10 展示了节点中的HBA的一个故障如何导致PowerPath将I/O重定向到节点的其它HBA上。


图10. PowerPath failover 在高效的 clustered environment
在并发访问群集配置中，PowerPath提供相同的优势，支持在多个节点上操作并行数据库，共享相同的数据库。使用一个分布式的锁管理器来处理并发访问。
服务器和存储之间的通路分段
系统管理员使用PowerPath可以为服务器建立分段的路径。在适于使用分段的环境中，服务器和Dell | EMC或Symmetrix存储系统之间包括四个或更多通路，满足以下条件：
在服务器内使用专用的通路分组来调整性能，会提高系统的总体性能，或满足应用服务等级协议。
服务器中使用多种类型的通道技术连接到Dell | EMC或Symmetrix存储系统，例如Fast-Wide SCSI，Ultra-Wide SCSI和光纤通道HBA。分段会避免在不同的通道速度上带来不期望的负载均衡效果。
PowerPath管理员可以将一个给定设备的通路设置为激活或待用模式。例如，对于一个访问一组设备的应用，将一组通路设定为激活模式，另外一组通路设定为待用模式。对于另一个访问不同设备组的应用，可将第一组通路设定为待用模式，另外一组设定为激活模式。
通过这种方式，每个应用中都将包括它自己专用的激活通路组，而整个配置提供通路故障恢复保护。如果一组出现故障，应用I/O将自动重定向到已经设定为待用模式的第二组通路。系统管理员或通过命令脚本可以通过将一个强力设备的通路从待用修改为激活模式，将其它可用带宽提供给一个应用。
使用PowerPath增强可用性
Dell | EMC PowerPath软件为使用Dell | EMC存储系统的环境增强了服务器与存储之间的连接。这一软件通过提供负载均衡和故障恢复功能，帮助服务器更为有效地运行，并使IT部门可以花费较少地时间来维护它们的存储系统。
参考资料
"EMC PowerPath: Multiple path access, workload balancing, path failover, high performance—all at once—for your enterprise." Hopkinton, MA:EMC 公司，2001年11月
PowerPath Version 2.1 for Linux: Product Guide . Hopkinton, MA: EMC 公司，2001年11月
PowerPath Version 2.1 for Windows NT and Windows 2000: Product Guide . Hopkinton, MA: EMC 公司，2001年8月
PowerPath Version 3.0 for Windows: Installation and Administration Guide . Hopkinton, EMC 公司，2002年6月
Keith R. Kammer (keith_kammer@dell.com) 是DEll 系统存储部的一名高级产品营销顾问。他在Burroughs、Unisys和Dell获得了20多年存储行业的工作经验。Keith 从密歇根Troy的Walsh 商业和财会学院获得了金融B.B.A，从中央密歇根大学获得管理M.S.
更多信息
Dell|EMC 产品:
http://www.dell.com/us/en/esg/topics/products_emc_pvaul_000_emc.htm
Dell|EMC 存储服务:
http://www.dell.com/us/en/esg/services/service_emcstorage.htm
1 PowerPath是一个用户可安装的程序；但Dell支持服务可帮助进行PowerPath的计划、设置和安装。有关Dell支持能力的 更多信息，参见http://support.dell.com
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