Lustre架构介绍的阅读笔记-HSM

简介: HSM(Hierarchical Storage Management)是数据分级存储管理,根据数据生命周期、访问特性和设备成本,自动在CPU寄存器、缓存、主存、SSD、HDD、光盘、磁带库等不同存储层级间迁移数据。数据热度分为热、温、冷、冰,对应不同成本、性能和容量。迁移策略可基于人工判断或系统自动计算,并确保业务I/O不受影响、数据一致性。访问频率增加时,数据可反向迁移至更高层级。

HMSHierarchical Storage Management,数据的分级存储管理。

存储系统管理数据时,需要依据数据的特点即生命周期、访问热度、访问时延、吞吐量等,综合考虑系统性能、容量、保留策略,充分利用不同的存储设备的特点,自动迁移数据。

现有计算的存储设备,比如:

  • CPU内的寄存器,访问时延低、存储容量低、成本高。
  • CPU内的缓存,访问时延低、存储容量低、成本高。
  • 计算机的主存,相比于比CPU内缓存,访问时延高,存储容量大,成本低。
  • 存储盘
  • SSD,即固态盘,相比于计算机的主存,访问时延接近,存储容量大,成本低一点。
  • HDD,即机械硬盘,相比于SSD,访问时延高,存储容量大,成本低。
  • CD/DVD,即光盘,相比于HDD,访问时延高,存储容量大,成本低,但只能写一次,反复多读次,一般只用于冷数据归档。
  • 磁带库,相比于HDD,访问时延高,存储容量大,成本低,一般只用于冷数据归档。

设计存储系统时,可以依据业务场景以及预算,配置集群的规模,以及数据迁移的策略,充分利用预算,达成业务目标。

数据的分级策略的实现思路,使用不同的存储设备来存储不同访问热度的数据,平衡成本、性能、容量等几方面诉求,实现存储效率最大化。

数据的热度,划分为热、温、冷、冰,对应不同的存储层级。

依据常识,新创建的文件,一般认为是热数据;对于已存在的文件,新写入的数据,也认为是热数据。

受限于热数据存储的容量,在一段时间后,对于访问频率下降的数据,需要依据一定的策略,依次迁移至温存储、冷存储。

对于归档、备份的数据,在可预见的一段时间内,访问频率很低或者没有访问,此时可以迁移至冰存储中。

存储的单位成本,由高至低,依次为热、温、冷、冰。

存储的访问时延,由高至低,依次为热、温、冷、冰。

存储的容量,由小至大,依次为热、温、冷、冰。

分级的迁移操作,可行的实现方案:

  • 人工判断,手工操作。由业务管理员人工判定文件的热度,手动将满足要求的文件迁移至不同的存储层级。
  • 人工判断,自动执行。由业务管理员人工判定文件的热度,给出迁移的判断条件,由存储系统自行执行迁移操作。依据POSIX规范,可用的判断条件,比如:
  • 文件的时间,即crtime/ctime/mtime/atime。
  • 文件的归属用户/用户组。
  • 文件的目录。
  • 文件名,前缀、后缀或者模糊匹配。
  • 指定的文件清单。
  • 存储系统判定,存储系统执行。由存储系统记录各文件的访问操作,依据一定规则计算文件的热度,按照一定周期,自动将文件迁移至不同的存储层级。

分级的迁移操作,可以实现为一次操作,以及周期性操作。对于周期性操作,考虑到任务执行的成本,需要实现对文件系统的增量扫描,降低对存储系统的影响。

迁移操作运行过程中的注意事项:

  • 不能影响存储业务I/O操作的正常运行。
  • 运行时自动调整占用的资源,即当存储系统承载的业务请求压力大时,需要自动降低工作负载或者直接暂停,待业务压力下降时再恢复运行。
  • 记录必要的日志,方便开发团队、运维团队分析、处理业务故障。
  • 文件或者文件的数据在不同的存储层级之间迁移时,需要保证数据的一致性。

对于已分级的数据,当客户应用访问时,应当如何处理?可行的策略如下:

  • 当文件的热度上升时,可以依据一定的策略,反向依次从冰、冷、温、热,迁移数据。
  • 当文件的热度暂时不满足反向迁移的要求,可以考虑在上一层或者热的存储层级中,临时缓存文件,提升文件的访问效率。
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