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OceanStor 9000 V300R006C10 文件系统特性指南 05

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原理描述

原理描述

分析客户端连接过程中的性能瓶颈与业务可靠性,从而明确InfoEqualizer特性中关键概念的引入背景。分析以不同方式连接OceanStor 9000时的系统处理过程,深入了解InfoEqualizer的运作机制。

特性引入背景

分析客户端连接过程中的性能瓶颈与业务可靠性,从而明确InfoEqualizer中域名解析、节点故障切换等关键概念的引入背景。

性能瓶颈分析

图2-2所示,在未应用InfoEqualizer时,所有客户端使用节点的静态IP地址连接到系统,由于无法感知当前各节点负载并按负载分配连接请求,极易导致节点因接入业务过多而造成CPU、内存和带宽等资源不足,成为性能瓶颈点。

图2-2  性能瓶颈示意

针对此性能瓶颈点,InfoEqualizer的应对策略如表2-3所示。

表2-3  性能瓶颈应对策略

编号

问题

InfoEqualizer应对策略

1

如何感知各节点当前负载并按负载分配连接请求?

引入负载检测机制,支持按各类负载均衡策略分配连接请求。

2

客户端使用某个节点的静态IP地址发起连接请求,如何使按各类负载均衡策略分配的连接请求生效?

引入域名解析机制,客户端使用域名发起连接请求,由系统按策略自动负载均衡的结果,动态分配实际连接到的目标节点。

3

如何控制各客户端实际连接到的节点范围(此范围内的节点具有独立的负载均衡策略)?

引入分区子网概念,一组节点对应一个分区,每个分区可指定域名和负载均衡策略。客户端以此分区的域名发起连接请求,则实际连接的节点为此分区内的某个节点。

业务可靠性分析

图2-3所示,在未应用InfoEqualizer时,所有客户端使用节点的静态IP地址连接到系统。当所连接的节点失效后,业务将中断且无法重新发起连接。

图2-3  业务可靠性分析示意

针对此故障场景,InfoEqualizer的应对策略如表2-4所示。

表2-4  业务可靠性应对策略

编号

问题

InfoEqualizer应对策略

1

如何避免单个节点故障后,客户端无法重新发起连接?

引入节点故障切换机制,当检测到某节点已经失效后,不再将连接请求分配给此节点,而是分配给其他正常节点。

2

客户端使用某个节点的静态IP地址发起连接请求,如何使按节点故障切换机制重新分配的连接请求生效?

引入域名解析机制,客户端使用域名发起连接请求,由系统按节点故障切换机制的结果,动态分配实际连接到的目标节点。

3

如何不中断已经连接到故障节点的在线业务?

引入动态IP地址概念,与其相对应的域名称为动态域名称。在不触发域名解析的情况下,当检测到此IP地址所对应的节点已经失效后,系统将此IP地址自动“漂移”到其他正常节点。

域名解析

详细描述InfoEqualizer中的域名解析。

解析示意

OceanStor 9000通过“InfoEqualizer DNS IP地址”对外提供域名解析服务。此IP地址为系统软件部署时指定。

图2-4所示,每个节点除具有物理绑定的静态前端业务IP地址外,还具有动态绑定、故障时可漂移的动态前端业务IP地址。访问一组节点(称为“分区”)时可使用的域名包含:静态域名称动态域名称,对应的解析结果分别为静态前端业务IP地址和动态前端业务IP地址。

图2-4  域名解析相关概念示意

上述的概念定义如表2-5所示。

表2-5  域名解析相关概念定义

概念

定义

静态前端业务IP地址

为节点前端业务网口设置的固定IP地址,不提供故障切换功能。当节点故障后,客户端无法再通过该IP地址接入OceanStor 9000

动态前端业务IP地址

InfoEqualizer特性从手工设置的动态IP地址池中为节点动态分配的IP地址。当节点故障后,动态IP地址可以自动分配给其他正常节点,因此,客户端可以继续通过该IP地址接入OceanStor 9000

动态域名称

为客户端域名解析请求返回节点动态前端业务IP地址的域名。

静态域名称

为客户端域名解析请求返回节点静态前端业务IP地址的域名。

根据所访问的域名类型为动态域名称或静态域名称,以及OceanStor 9000是否对接外部DNS服务器,域名解析过程有所区别。要了解详细信息,请参见客户端连接过程(对接外部DNS服务器)客户端连接过程(未对接外部DNS服务器)

说明:

对接外部DNS服务器,指在外部DNS服务器中配置针对动态域名称和静态域名称的转发记录,以便将其转发给OceanStor 9000域名解析服务处理。

IP地址
前端业务网络支持的IP协议

InfoEqualizer的前端业务网络支持IPv4和IPv6,两种协议的IP地址详情如表2-6所示。

表2-6  IPv4与IPv6

名称

IPv4地址

IPv6地址

地址位数

32位

128位

地址格式

点分十进制格式,例如xxx.xxx.xxx.xxx

冒号分十六进制格式,带零压缩,例如xxxx:xxxx::xxxx

网络表示

有子网掩码和前缀长度表示,本特性仅支持子网掩码表示,例如255.255.0.0

IPv6只有前缀长度表示方法,例如64

由于IPv4与IPv6协议对应的IP地址不一样,所以在对应的InfoEqualizer DNS IP地址、动态前端业务IP地址、静态前端业务IP地址也不一样。为了便于描述,下文原理描述中均以IPv4地址格式举例说明,IPv6配置详情可参考应用实例三(IPv6)

调整动态与静态前端业务IP地址

每个前端业务网口默认分配1个动态前端业务IP地址。在NFS共享服务的客户端数量比较多时,客户端管理员可以登录CLI后运行change infoequalizer business_iface_min_dynip修改前端业务网口的动态IP地址数量,允许为每个前端业务网口配置多个动态IP地址。当修改前端业务网口的动态IP地址数量后,系统会根据节点个数和动态IP地址池中的空闲IP地址数量自动分配:

  • 当动态IP地址池中空闲的动态IP地址数量足够时,每个节点的前端业务口分配到足够数量的动态IP地址。
  • 当动态IP地址池中空闲的动态IP地址数量不够时,每个节点至少保证分配到1个动态IP地址。

如果节点被迁移到了不同网段的分区内,则需修改静态前端业务IP地址。

节点故障切换

详细描述InfoEqualizer中的节点故障切换过程。

通过节点故障切换机制,在发生单个节点故障后,与此节点建立连接客户端的业务断续情况如表2-7所示。

表2-7  各协议支持的故障切换方式

业务类型

推荐访问方式a

在线业务b

重新发起连接后的业务

NFS文件共享

动态域名称

有条件不中断c

不中断

CIFS文件共享

静态域名称

有条件不中断d

不中断

FTP文件共享

动态域名称

中断

不中断

a:除动态域名称、静态域名称外,访问方式还包括:动态前端业务IP地址和静态前端业务IP地址。采用非推荐的访问方式时,业务性能和高可靠性一般会降低。

b:在线业务指已建立连接后的数据读写业务。

c:使用NFSv3支持在线业务不中断,使用NFSv4不支持。

d:当支持SMB3.0协议的客户端(Windows Server 2012或Windows 8)通过静态域名称访问OceanStor 9000时,可支持故障切换过程中在线业务不中断。

动态域名访问时节点切换过程

以动态域名称访问时的节点故障切换过程如图2-5所示。

图2-5  以动态域名称访问时的节点故障切换过程

过程描述如下:

  1. 与客户端建立连接的节点1发生故障而失效。
  2. OceanStor 9000立即将节点1的动态前端业务IP地址A回收到动态IP地址池,然后分配给工作正常的节点2。

  3. 在线业务不中断,客户端继续通过动态前端业务IP地址A访问业务。

    当节点1故障恢复后,OceanStor 9000为节点1分配动态IP地址池中动态IP地址(默认手动模式时)。如有新的客户端发起业务请求时,节点1可处理请求。

    节点故障恢复加入集群时分配动态前端业务IP地址有两种模式。“手动模式”为优先从动态IP地址池分配IP地址,“自动模式”为优先从其他节点上多余IP地址中分配IP地址。默认为“手动模式”

说明:
为每个前端业务网口配置多个动态IP地址时,节点故障后其动态IP地址可被均衡的分配到多个正常节点,从而将故障节点的业务由其它节点均衡分担,避免负载不均。

分区与子网划分

详细描述InfoEqualizer中分区与子网的概念和作用。

分区划分

分区是用于分隔提供不同服务的节点区域,一个分区内包含了一组具有相同动态域名称、静态域名称和负载均衡策略的节点。系统默认存在一个名称为root的分区,该分区中包含系统所有节点。您可以根据需要新建其他分区,并将节点移入。

分区划分示例如图2-7所示。

图2-7  分区划分示例

划分不同的分区可以为不同客户端业务类型灵活设置负载均衡策略,从而获得更高的业务性能。另外,划分不同的分区可以约束每个客户端实际接入的节点组范围,因此有隔离故障域之效。

OceanStor 9000按分区设置负载均衡策略。支持的策略有轮循方式按CPU使用率按节点连接数按节点吞吐量按节点综合负载,其选择参考如表2-8所示。

表2-8  负载均衡策略参考

名称

说明

优点

缺点

轮循方式

当客户端通过域名访问OceanStor 9000时,根据缓存记录的顺序,依次选择节点处理客户端业务。

DNS依赖的数据为缓存数据,选择节点准确可靠。

  • 当DNS节点切换的时候,新的DNS节点轮循缓存数据清零,会从起始点重新选择节点。
  • 任何DNS域名请求(如客户端的ping、nslookup请求或showmount命令等),超时或认证失败的业务连接都会影响负载均衡。

按CPU使用率

当客户端通过域名访问OceanStor 9000时,根据性能数据选择CPU使用率最低的节点处理客户端业务。

DNS依赖的数据为CPU使用率,能够选择性能数据中CPU使用率最低的节点处理客户端业务。

  • 在性能数据更新的周期内,所有的客户端业务都会分配到CPU使用率最低的节点。
  • CPU使用率需要各节点承担业务才会显著变化,先挂载的客户端必须进行业务,后续才能有效的按CPU利用率进行负载均衡,具有一定的时延性。

按节点连接数

当客户端通过域名访问OceanStor 9000时,根据性能数据选择连接数最少的节点处理客户端业务。

DNS依赖的数据为节点连接数,能够选择性能数据中连接数最少的节点处理客户端业务。

  • 性能数据中的连接数是各节点的非实时性能数据,会影响客户端的负载均衡。
  • 如果已挂载的NFS业务在6分钟内没有报文交互时,节点会清除连接信息,但节点的挂载点还存在,新的客户端根据连接数还会挂载到该节点,致使一个节点有多个挂载点,多个业务集中在一个节点上,影响负载均衡。

按节点吞吐量

当客户端通过域名访问OceanStor 9000时,根据性能数据选择吞吐量最低的节点处理客户端业务。

DNS依赖的数据为吞吐量,能够选择性能数据中吞吐量最低的节点处理客户端业务。

  • 在性能数据更新的周期内,所有的客户端业务都会分配到吞吐量最低的节点。
  • 吞吐量需要各节点承担业务才会显著变化,先挂载的客户端必须进行业务,后续才能有效的按吞吐量进行负载均衡,具有一定的时延性。

按节点综合负载

当客户端通过域名访问OceanStor 9000时,根据性能数据的节点综合负载选择节点处理客户端业务。OceanStor 9000根据CPU和吞吐量计算节点负载,负载越低则被选中的概率越高。

  • 综合负载能考虑到节点的CPU使用率和吞吐量,选择负载最低的节点来承担客户端业务。
  • 综合负载不会一直选择负载最低的节点承担业务,而是让负载低的节点尽可能多的承担业务,逐步达到系统的负载均衡。

综合负载统计需要节点承担业务才会显著变化,先挂载的客户端必须进行业务,后续才能有效的按综合负载进行负载均衡,具有一定的时延性。

子网划分

在某些特定应用场景中,客户端位于不同子网,希望所接入节点的IP地址也属于同一子网。此时,可在OceanStor 9000中将一个或多个分区定义为一个子网,然后为此子网设置DNS服务IP地址,重新指定此子网中所有节点的静态前端业务IP地址,以及此子网所用的动态IP地址池。

OceanStor 9000可以划分为IPv4、IPv6不同协议的子网,且同一子网只能为同一IP地址类型。子网创建成功后,子网的协议类型将不能变更。

子网划分示例如图2-8所示。

图2-8  子网划分示例

客户端连接过程(对接外部DNS服务器)

详细描述在对接外部DNS服务器的组网中,客户端的DNS配置设置为外部DNS服务器地址后,客户端通过静态与动态域名称访问OceanStor 9000时的连接过程。

访问静态域名称时的连接过程

连接过程如图2-9所示。

图2-9  访问静态域名称时的连接过程(对接外部DNS服务器)

过程描述如表2-9所示。

表2-9  访问静态域名称时的连接过程(对接外部DNS服务器)
类型 过程

访问静态域名称(以zone1.example2.com为例)

1、客户端向DNS服务器询问zone1.example2.com的IP地址。

2、DNS服务器转发该请求到OceanStor 9000的InfoEqualizer DNS IP地址。

3、OceanStor 9000根据负载均衡策略,返回某个节点的静态前端业务IP地址(以192.168.0.30为例)。

4、DNS服务器将192.168.0.30返回给客户端。

5、客户端根据返回的IP地址向节点1发送业务访问请求。

6、节点1响应客户端的业务访问请求。

访问动态域名称时的连接过程

连接过程如图2-10所示。

图2-10  访问动态域名称时的连接过程(对接外部DNS服务器)

过程描述如表2-10所示。

表2-10  访问动态域名称时的连接过程(对接外部DNS服务器)
类型 过程

访问动态域名称(以zone1.example1.com为例)

1、客户端向DNS服务器询问zone1.example1.com的地址。

2、DNS服务器转发该请求到OceanStor 9000的InfoEqualizer DNS IP地址。

3、OceanStor 9000根据负载均衡策略,返回某个节点的动态前端业务IP地址(以192.168.0.52为例)。

4、DNS服务器将192.168.0.52返回给客户端。

5、客户端根据返回的IP地址向节点3发送业务访问请求。

6、节点3响应客户端的业务访问请求。

客户端连接过程(未对接外部DNS服务器)

详细描述在未对接外部DNS服务器的组网中,客户端的DNS配置设置为OceanStor 9000的InfoEqualizer DNS IP地址和各分区的DNS IP地址后,客户端通过静态与动态域名称访问OceanStor 9000时的连接过程。

客户端访问静态域名称时的连接过程

连接过程如图2-11所示。

图2-11  访问静态域名称时的连接过程(未对接外部DNS服务器)

过程描述如表2-11所示。

表2-11  访问静态域名称时的连接过程(未对接外部DNS服务器)

类型

过程

访问静态域名称(以zone1.example2.com为例)

1、客户端向OceanStor 9000的InfoEqualizer DNS IP地址询问zone1.example2.com的IP地址。

2、OceanStor 9000根据负载均衡策略,返回某个节点的前端静态业务IP地址(以192.168.0.30为例)。

3、客户端根据返回的IP地址向节点1发送业务访问请求。

4、节点1响应客户端的业务访问请求。

客户端访问动态域名称时的连接过程

连接过程如图2-12所示。

图2-12  访问动态域名称时的连接过程(未对接外部DNS服务器)

过程描述如表2-12所示。

表2-12  访问动态域名称时的连接过程(未对接外部DNS服务器)

类型

过程

访问动态域名称(以zone1.example1.com为例)

1、客户端向OceanStor 9000的InfoEqualizer DNS IP地址询问zone1.example1.com的地址。

2、OceanStor 9000根据负载均衡策略,返回某个节点的动态前端业务IP地址(以192.168.0.52为例)。

3、客户端根据返回的IP地址向节点3发送业务访问请求。

4、节点3响应客户端的业务访问请求。

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更新时间:2019-03-30

文档编号:EDOC1000162199

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