華為RAID2.0 技術(shù)細(xì)節(jié)

1、RAID 2.0 RAID 技術(shù)，有效解決了機(jī)械硬盤容量越來越大，重構(gòu)一塊機(jī)械硬盤所需時間越來越長，傳統(tǒng) RAID 丟失數(shù)據(jù)風(fēng)險的問題。RAID 2.0+RAID 2.0 的基礎(chǔ)上提供了更細(xì)粒度的資源顆粒，形成存儲資源的標(biāo)準(zhǔn)分配及回收。RAID 完成前再次壞盤的概率越低。FC 盤且容量僅為幾十個2TB 7.2K rpm 30M/s 左右，完成重構(gòu)時間長達(dá)18 增加，數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險也大大增加。傳統(tǒng)RAID 技術(shù)已無法滿足在系統(tǒng)中使用現(xiàn)代大容量硬盤的要求。在過去的幾年里，許多存儲領(lǐng)域的創(chuàng)新型初創(chuàng)公司如3PAR 等公司已經(jīng)將磁盤RAID RAID 2.0 RAID 2.0+傳統(tǒng)存儲的底層硬盤管理（E

2、xternal Controller-Based disk storage systeRAI（Redundant Array of Independent Disks）是最基礎(chǔ)的部分，RAID 把多個硬盤組合成為一個邏輯扇區(qū)，因此，操作系統(tǒng)只會把它當(dāng)作一個硬盤，其基本原理是把相同的數(shù)據(jù)存儲在多個硬盤的不同地方。RAID 技術(shù)主要包含RAID RAID 60 RAID RAID RAID RAID1RAID 5， RAID 60 RAID 的兩大特點(diǎn)：1（ThroughputRAID RAID 可以達(dá)到單個硬盤幾倍、幾十倍的速率。2、通過數(shù)據(jù)校驗(yàn)提供容錯：硬盤本身無法提供容錯（CRC 循環(huán)冗余校

3、驗(yàn)碼RAID 模式中都有較為完備的相互校驗(yàn)/恢復(fù)的措施，甚至是直接相互的鏡像備份，從而大大提高了容錯度和冗余性。在目前大多存儲系統(tǒng)中，RAID 都是以物理硬盤為單元，故其基礎(chǔ)保障機(jī)制如圖 1 所示：圖 1：RAID 基礎(chǔ)保障機(jī)制RAID RAID 重構(gòu)時間越小越好。圖 2：硬盤容量與性能增長的不匹配RAID 重構(gòu)時間數(shù)據(jù)量硬盤讀寫速度，在以物理硬盤為單元的 RAID 保護(hù)模式下，其重構(gòu)數(shù)據(jù)量等于硬盤容量，然而硬盤容量與讀寫能力的不匹配增長，導(dǎo)致采用以物理硬盤單元為 RAID 的傳統(tǒng)方式效率低下可靠性越來越差。傳統(tǒng)硬盤重構(gòu)的瓶頸主要在目標(biāo)盤（熱備盤），因?yàn)?，所有成員盤將所有數(shù)據(jù)讀出后全部寫入到目

4、標(biāo)盤， 目標(biāo)盤寫帶寬就成了整個重構(gòu)速度的關(guān)鍵，以一塊 2TB 7.2K rpm 盤為例，重構(gòu)時平均寫入速度為 30M/s 左右，完成重構(gòu)時間長達(dá) 18 個小時。傳統(tǒng)存儲的上層資源管理在實(shí)際使用存儲系統(tǒng)時，通常會將硬盤固定的劃分為若干個 RAID，再分別將每個 RAID 的空間固定的切分為 1 個或 N 個小段映射給主機(jī)操作系統(tǒng)使用。圖 3：傳統(tǒng) RAID 下的資源管理示意圖問題：12、配置調(diào)整困難：因?yàn)樗械姆峙溥^程都是固定的，如果因?yàn)楦鞣N未預(yù)測到的變化需要調(diào)整原分配，那么只能通過手動配置刪除和重新分配，以及復(fù)雜的數(shù)據(jù)遷入遷出來實(shí)現(xiàn)。華為存儲RAID 2.0+概述華為存儲RAID 2.0+變傳

5、統(tǒng)固定管理模式為：一層“深淘灘”、一層“低作堰”的兩層虛擬化管理模式1、對于系統(tǒng)內(nèi)部物理硬盤，按介質(zhì)的性能不同，組成三類存儲池；對于通過其它方式接入系統(tǒng)的，則作為外部存儲池2、將系統(tǒng)內(nèi)部每個硬盤空間切分成 64MB 大寫邏輯塊（Chunk）3、將來自不同硬盤上的按 RAID 組成邏輯塊組（CKG）4、 將邏輯塊組（CKG）切分成 512KB64MB，默認(rèn) 4MB（大小可配置）的更細(xì)粒度邏輯塊（Extent）5、按需將 1-N 個更細(xì)粒度邏輯塊（Extent）組成卷（Volume）/文件（File）圖 4：RAID 2.0+邏輯結(jié)構(gòu)“深淘灘”底層硬盤管理（Virtual for Disk）快速R

6、AID 重構(gòu)先將每個物理硬盤虛擬化為若干個 64MB 大小的邏輯塊（Chunk），再以多個硬盤的邏輯塊（Chunk）RAID。當(dāng)一個邏輯塊故障時，重構(gòu)的僅是一個邏輯塊（Chunk）大小的數(shù)據(jù)，1-3 秒即可完成重構(gòu)。當(dāng)一個物理硬盤故障時，重構(gòu)的僅是多個有實(shí)際數(shù)據(jù)的邏輯塊（Chunk），同時更多的目標(biāo)硬盤參加重構(gòu)。圖 5：RAID 2.0+下的重構(gòu)6 1 CKG0 CKG1 14 16 兩個Chunk 損壞， Pool中的空閑Chunk進(jìn)行重構(gòu)（如圖6中的黃色方塊），隨機(jī)選擇的Chunk將保證盡量分布在不同的硬盤上。圖 6：RAID 2.0+重構(gòu)示意圖A7 6 61 Chunk 8 81 Chu

7、nkChunk。7： RAID 2.0+重構(gòu)示意圖 B而經(jīng)過 RAID 2.0+的 Virtual for Disk 后將有兩個方面的提升：1、減少重構(gòu)的總數(shù)據(jù)量，按 Chunk 重構(gòu)，只對有數(shù)據(jù)的 Chunk 重構(gòu)。2、增加重構(gòu)塊目標(biāo)盤數(shù)，如上例子就是兩塊目標(biāo)盤，需要重構(gòu)的 Chunk 數(shù)量增加，目標(biāo)盤數(shù)量也增加， 目標(biāo)盤最大可以達(dá)到整個 Pool 的成員盤個數(shù)，提供重構(gòu)數(shù)據(jù)的寫入速度。華為存儲RAID 2.0之Virtual for Disk每TB30（RAID下每TB9小時重構(gòu)時間縮短，將大大降低雙盤失效的概率。“低作堰”上層資源管理（Virtual for Pool）提高資源管理效率E

8、xtent 調(diào)整，故在實(shí)際使用存儲系統(tǒng)時，傳統(tǒng)存儲的兩個基本問題“配置規(guī)劃復(fù)雜、配置調(diào)整困難”得到了完美解決。同時在存儲系統(tǒng)的具體配置過程中，管理員只需要做簡單資源劃分，系統(tǒng)將根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)際使用情況自動Extent 的配比，以滿足業(yè)務(wù)各單元的容量和性能需求。Disk Pool 中，隨后的系統(tǒng)將在后臺自動調(diào)整Extent的分布，重新實(shí)現(xiàn)全局均衡。圖 8：RAID 2.0+下的資源管理示意圖盤過熱，當(dāng)存儲池中的硬盤數(shù)量增加或減少，以及隨業(yè)務(wù)變化硬盤讀寫壓力發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過IOExtent（SmartMotion） 以確保每一塊硬盤的壓力均衡，從而實(shí)現(xiàn)均衡硬盤磨損，有效降低故障率、延長硬盤壽命。

9、Volume/File 基于資源池（Pool）創(chuàng)建，不再受RAID 組硬盤數(shù)量，單個Volume/File Pool IO Extent 在不同類硬盤上的實(shí)際存儲位置（SmartTier）,以確保高性能硬盤存放的是熱點(diǎn)數(shù)據(jù)。RAID RAID RAID Thin Volume/File 采用寫入分配及零數(shù)據(jù)空間回收（SmartThin），從而進(jìn)一步大幅提升容量利用率。面向未來電子介質(zhì)存儲時代面向未來電子介質(zhì)存儲時代SSD Flash Flash 有限的擦寫次數(shù)。SSD 在企業(yè)存儲領(lǐng)域主要作為加速介質(zhì)存在。企業(yè)存儲技術(shù)的實(shí)施始終圍繞著存儲介質(zhì)的讀寫行為。因此，在目前傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)中的很多策略都是針

10、對機(jī)械硬盤介質(zhì)特征的。機(jī)械硬盤最大的特征是存在尋道因此，在目前傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)中的很多策略都是針對機(jī)械硬盤介質(zhì)特征的。機(jī)械硬盤最大的特征是存在尋道時間，如果在隨機(jī)讀寫的模式下，機(jī)械硬盤的性能非常差，為此，系統(tǒng)會采用pre-fetch 的方式減少讀寫次數(shù)，采用 IO 聚合排序的方式減少機(jī)械硬盤指針的抖動。SSD 作為電子介質(zhì)沒有尋道時間，完全是地址映射表；因此，在管理 SSD 硬盤時，所采用的讀寫技術(shù)，由于 SSD 的讀寫特征發(fā)生了變化，與機(jī)械硬盤是有區(qū)別的。在華為存儲系統(tǒng)RAID 2.0+VirtualforDisk層，由于采用虛擬化技術(shù)使得系統(tǒng)得以將不同的硬盤介質(zhì)分DiskPool進(jìn)SSD HDD可以采用不同的管理方式完成讀寫行為。Virtual for Disk 如“深淘灘”一般，RAID 重構(gòu)與系統(tǒng)自優(yōu)化做到了最小單元和最底層，這樣保證了系統(tǒng)中每一塊硬盤、每一個部件能力充分發(fā)揮，每一個硬盤或部件都不會因?yàn)閴毫^大造成瓶頸。Virtual for