存儲在線專欄文章：EMC Symmetrix存儲陣列從1988年誕生至今，名字從Symmetrix到DMX，再到VMAX，已經不下十幾種型號，硬件配置與架構完全更替。而不變的就是操作這個龐然大物的心臟，操作系統Enginuity。至于Enginuity到底是以什么內核而編寫的，就算EMC的工程師也很少有人能說得清楚。毋庸置疑的是這個擁有悠久歷史的存儲操作系統Enginuity讓Symmetrix一直以來領跑高端存儲，而其中Enginuity的性能優化算法在中間扮演了重要角色。本文將對Symmetrix操作系統Enginuity的緩存優化幾種算法進行介紹，讓讀者走進這個神秘存儲陣列的心臟。
Enginuity的最大化應用性能的緩存算法:
Symmetrix Enginuity的主要功能可以分為幾大塊，除了文本中要介紹的緩存性能優化算法以外。還包括支持高可用數據一致性、支持配置管理的虛擬池調配易用性與性能分層存儲、安全方面以及磁盤性能優化等功能。緩存性能優化功能作為Enginuity的核心組件，在保證處理并發與高負債的I/O過程中起著至關重要的作用。
眾所周知，高端存儲所需要支持的是一個復雜、且不斷變化的應用環境。Enginuity在設計初始就是為了滿足可以高速將大量數據進行高效的傳輸。Enginuity會利用一些內部的機制與算法來最大化前端應用的數據訪問，以及數據在陣列內部的復制。緩存與磁盤作為Symmetrix陣列中主要的數據載體，緩存速度明顯高于物理磁盤，即使是在現今閃存盤大行其道的情況下，緩存仍然還是作為存儲陣列中的主要加速方式。所以，任何存儲陣列研發都致力于最大化在內存中處理I/O，尋求緩存與物理磁盤之間的平衡，從而提升整體的性能性能，確保數據的一致性與安全性、更快的響應前端的數據訪問請求。為了達成這個目標，存儲系統需要知道哪些數據可能馬上要被訪問，然后把數據載入或者繼續留在緩存里。而且緩存與物理磁盤的這種平衡是一個連續的過程，且需要滿足所有邏輯卷。就Enginuity來說，它能通過一些算法來調整數據流與控制陣列性能，而且這些算法基于幾千臺已裝機的Symmetrix存儲陣列的實際分析而來，用來取保Enginuity可以根據已有的歷史數據，分析結果滿足最大化應用數據訪問性能。而Enginuity的緩存算法可以體現在以下幾個方面：
1.智能預讀算法：預讀算法的目的就是把需要的數據預先載入緩存，，因為任何智能存儲數據讀取的優先是訪問緩存，如果緩存沒有命中，再從物理磁盤載入數據到緩存，然后返回給前端應用主機。雖然預讀算法并不是Symmetrix首創，但是傳統的預讀算法只是簡單的基于任意數據大小與數據流的選擇，或者只是保守的預讀一個很長的順序讀寫的后續數據，還有為了滿足一些分散的小的I/O而去去讀一大段的數據從而滿足緩存命中的需求。而這種做法對于一些中短類型的順序讀的效果不是很好，而這部分的數據讀取在實際應用環境中發生的情況可能會在90%以上。如果預讀的算法工作不夠高效，就會導致大部分在緩存中的數據不會被前端應用訪問，造成資源浪費。Enginuity在處理預讀數據選擇的時候，會利用一些更加巧妙的方法來選擇預讀的數據。這種選擇基于動態的實時環境分析預估而得，且Enginuity的預讀算法只是會加載需要被訪問的數據，而不會影響其他I/O的活動。
2.基于標簽的緩存算法：Tag-Based Cache（TBC）算法是從Enginuity早期版本（5670）就提出的革命性算法，并且一直沿用至今。它的目的是解決存儲滿足不同的應用環境問題配置靈活性，TBC允許在很低的管理負債的情況下提供這種靈活性。簡單來說TBC的作用就是根據應用來分配緩存，他的主要體現就是Symmetrix Dynamic Cache Partitioning功能。（參考：Symmetrix動態緩存分區技術（DCP）原理與配置）
3.PermaCache：談這個算法之前，我們要先談一下Enginuity處理駐留在緩存中數據的算法。Enginuity在空緩存的情況下，會結合預讀機制將數據漸漸載入緩存，滿足前端應用讀取的需求。當緩存用到一定的閥值以后，Enginuity會應用到LRU算法，這個是也是在行業中被廣泛使用緩存頁面替換算法，全程叫做Least Recently Used。LRU顧名思義就是把最久的未被使用的數據從緩存里替換為新的數據。而這種算法在某些情況下會有一點列示，例如某些數據他訪問優先級很高，但是被訪問的次數卻不多，我們通常把這些數據叫做HPRA（High Priority，Rarely Accessed）數據。對于這些數據，如果只是利用直接的LRU算法，這些數據會被很快的移除緩存，造成下次數據訪問的時候需要再次從物理磁盤載入，增加數據讀取的總時間，影響應用性能。而PermaCache算法就是為了解決這樣的問題， PermaCache可以將特定的數據（以磁道為單位）長久滯留于緩存，以提供高速的訪問響應。雖然這個方法配置起來需要EMC的工程師修改BIN文件，沒有用戶配置接口。但是作為一個極端的性能加速方法，它的作用顯而易見，也是緩存優化的選項之一。
上面我們介紹了三種Symmetrix操作系統Enginuity的緩存性能優化算法?？梢钥闯?，作為加速應用的數據訪問速度主要載體-緩存，除了硬件本身的速度與緩存的大小以外，一些特定的算法同樣也可以在特定的情況下優化存儲性能，Enginuity的智能預讀、基于標簽的緩存算法，PermaCache都是可選的方式之一。Symmetrix的緩存處理機制比較復雜，本文只是羅列了其中一些功能。對于更多的Symmetrix緩存機制介紹，參考文章：Symmetrix緩存技術解讀
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