什麼是 MPIO？

在當今的資料驅動世界中，確保高可用性和最佳儲存效能至關重要。如果沒有可靠的儲存設備，應用程式就會變得遲緩、交易失敗，企業也急著停頓。

Multipath Input/Output（MPIO）是一種技術，透過在儲存設備和主機電腦系統之間提供多個實體路徑，為這些目標做出了重大貢獻。了解 MPIO 對 IT 專業人員而言至關重要，他們致力於優化儲存基礎架構，並提高資料可靠性。

本文探討了 MPIO 在儲存系統中的工作、優勢和實作。

什麼是 MPIO？

Multipath Input/Output（MPIO）是一種用於儲存區域網路（SAN）的技術，可提供多個實體路徑，例如光纖通道、iSCSI或 InfiniBand，從主機伺服器到儲存設備皆然。其主要目的是利用多重路徑進行資料傳輸，以強化容錯與效能。如果某個路徑故障，MPIO 會自動將 I/O 作業重新路由至另一個可用路徑，確保持續存取儲存資源。

Multipath I/O 在主機與儲存設備之間建立數個備援路徑。這些路徑可同時用於平衡負載，或在活動路徑故障時處於待機狀態以接管。這種備援可確保資料傳輸不中斷，並維持高效率。

MPIO 如何運作？

MPIO 在幕後運用兩個關鍵機制，優化儲存設備與伺服器之間的資料傳輸：

• 負載平衡：想像一下系統內所有的資料路徑都是多車道高速公路。MPIO 將 I/O 請求（資料流量）分散到所有可用的路徑，如使用多個車道的車輛。透過分散負載，可避免任何單一路徑的瓶頸，進而加快資料傳輸速度。同樣地，所有可用的路徑都能有效利用，將儲存流量可用的整體網路頻寬最大化。
• 容錯移轉：將故障轉移視為備用路線。如果路徑故障（如高速公路上的車道封閉），MPIO 會自動將資料流量重新路由至另一個操作路徑。這可以順暢進行，對存取儲存的應用程式或使用者造成的中斷將降至最低。

MPIO 的優勢

MPIO 提供多項優勢，可大幅提升儲存系統的效能、可靠性及可管理性。這些優點包括：

• 效能提升：MPIO 利用多種路徑進行資料傳輸，相較於單一路徑設定，可能使可用頻寬加倍。如此一來，資料傳輸速度更快，整體儲存系統效能也得到提升，這對需要高速資料存取的應用程式尤其有益，例如資料庫、虛擬機器和影片編輯軟體。
• 可靠性和容錯性 ：MPIO 提供多種路徑，可大幅降低單一故障點的風險。如果某個路徑故障，系統無縫切換到替代路徑，而不會中斷服務。這種故障安全設計可確保持續存取資料、盡可能減少停機時間，並使 MPIO 成為任務關鍵型應用程式的理想選擇，即便是輕微中斷也非常昂貴。
• 可擴充性與彈性：MPIO 提供可擴充的儲存解決方案。您可以輕鬆新增新的儲存控制器或主機匯流排介面卡（HBAs）並搭配其他路徑，系統會自動整合這些路徑，以提升效能和備援性。這樣的彈性可隨著資料儲存需求的成長，更輕鬆地擴充儲存容量並提升效能。
• 簡化管理：在某些情況下，MPIO 可以透過提供單一介面來管理主機和儲存設備之間的所有路徑，從而簡化儲存管理。
• 降低纜線複雜性：MPIO（有時）可以減少纜線雜亂，相較於針對各路徑運行個別纜線，允許使用較少的實體纜線來達成備援性。

MPIO vs. 其他儲存技術

MPIO 只是用來優化儲存系統效能的眾多技術之一。通常，其中一些技術與 MPIO 一起使用，以建立強大的儲存基礎架構。

MPIO 與 RAID

RAID（獨立磁碟的備援陣列）和 MPIO 旨在提高資料可靠性和效能，但它們的運作程度不同。RAID 在磁碟層級提供備援與效能提升。將多個實體磁碟合併到單一邏輯單位即可達成此目標。RAID 提供的優勢包括透過條形資料來改善讀取效能，並透過鏡像或同位配置來提高冗餘。

相較之下，MPIO 的運作路徑等級。它確保了主機系統和儲存設備之間資料傳輸的多個冗餘路徑。雖然 RAID 專注於儲存陣列（由磁碟組成）中的資料備援和速度，但 MPIO 可確保整個儲存網路的連線備援和負載平衡，包括伺服器和儲存系統之間的連線。

MPIO 與 HBA

主機匯流排介面卡（HBA）是硬體元件，可在主機系統（伺服器）與儲存網路之間提供實體連線與資料傳輸功能。HBA 是將伺服器連接到磁碟陣列或 SAN 等儲存設備的必要條件。

雖然 HBA 為資料傳輸提供了基礎，但 MPIO 透過管理多個路徑和確保故障轉移和負載平衡來建立它們的基礎。更簡單的說法是，MPIO 採用 HBA 提供的原始連線，並為其增加智慧，使資料傳輸過程更加可靠和高效。MPIO 透過為資料傳輸路徑增加冗餘和可靠性來補充 HBA。

實施 MPIO

根據您的作業系統，您可以執行以下 MPIO：

Windows 伺服器

• 安裝 MPIO 功能

  • GUI 方法：開啟 Server Manager 並導覽至新增角色和功能。繼續進行精靈操作，在功能下選擇多路徑 I/O，並遵循螢幕上的指示操作。
  • PowerShell 方法：在具有管理員權限的 PowerShell 視窗中使用以下命令：

$ Install-WindowsFeature -Name Multipath-IO

• 為特定裝置啟用 MPIO：

  • 開啟 "電腦管理" 控制台，並導覽至儲存 > 磁碟管理。
  • 用滑鼠右鍵按一下您的儲存設備，然後選擇內容。
  • 移至 "MPIO" 標籤，並勾選啟用多路徑 I/O 方塊。
  • 您可以在此標籤中進一步設定路徑選擇原則和容錯移轉設定。

• 設定 MPIO：

使用 mpclaim 指令設定多路徑 I/O 的裝置。

$ mpclaim -r -i -a ""

您可以參閱 Pure Storage FlashArray 指南，了解在 Windows 伺服器上設定多路徑的簡介。

Linux

• 安裝 Multipath 工具：

對於 Debian/Ubuntu Linux 的反派，請在具有 sudo 權限的終端中執行以下命令：

$ sudo apt-get install multipath-tools

對於 Red Hat/CentOS：

$ sudo yum install multipath-tools

• 設定多路徑：

編輯 /etc/multipath.conf 檔案以定義多路徑設定。此步驟為選用，僅推薦給進階使用者或需要特定配置的使用者。

• 啟用多路徑服務：

最後，在具有 Sudo 權限的終端機中，使用以下命令啟動並啟用多路徑服務：

$ sudo systemctl enable multipathd
 $ sudo systemctl start multipathd

MPIO 配置的最佳做法

優化 MPIO 配置在最大化其效益方面發揮著關鍵作用。以下是一些要記住的最佳做法：

• 排列路徑優先順序：您可以設定路徑優先順序，確保關鍵路徑用於資料傳輸。這對攜帶任務關鍵型應用程式的儲存設備而言尤其重要。
• 負載平衡演算法：根據您的工作負載和儲存陣列功能，選擇適當的負載平衡演算法。常見的選項包括循環配置、最小佇列深度和加權路徑。
• 監控路徑健全狀況：定期監控所有可用路徑的健康與效能。大多數作業系統提供工具來檢視路徑狀態並找出潛在問題。及早發現路徑問題有助於防止效能下降或中斷。
• 測試容錯移轉：別等實際故障發生。定期測試故障轉移功能，以確保 MPIO 在主要路徑故障時無縫切換到健康路徑。主動測試有助於維持高資料可用性，並盡可能減少停機時間。
• 更新 MPIO 驅動程式：讓您的 MPIO 驅動程式隨時保持最新狀態。驅動程式更新通常包含 MPIO 功能的錯誤修正和效能改善。
• 開始簡單：如果您是 MPIO 新手，請從基本的配置選項開始，例如啟用 MPIO 和使用預設設定。隨著您獲得經驗，並更加了解您的儲存環境，您可以探索更進階的配置選項，如路徑優先順序和自訂負載平衡演算法。

結論

MPIO 是提升儲存系統效能、可靠性和可擴充性的重要技術。MPIO 提供多重傳輸路徑，可確保資料持續存取，即使發生路徑故障亦然。根據最佳實作實作 MPIO，可大幅最佳化您的儲存基礎架構。 

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