存儲(chǔ)專家剖析解讀RAID 6

1、存儲(chǔ)專家剖析解讀RAID 6過(guò)去幾年來(lái)，RAID 6 不斷推廣，已成為購(gòu)買 RAID 控制器時(shí)必須考慮的一項(xiàng)特性。本文將探討人們對(duì)該技術(shù)興趣不斷提高背后的一些原因，說(shuō)明有的原因是合理的，而有的則是盲信，并將給出具體模型與實(shí)施實(shí)例，分別說(shuō)明其優(yōu)缺點(diǎn)，為分析問題、明確解決方案奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從最基本的角度來(lái)說(shuō)，RAID 就是指一組磁盤關(guān)聯(lián)和相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)布局，在某些組件發(fā)生讀取錯(cuò)誤的情況下仍能確保從系統(tǒng)檢索到數(shù)據(jù)。RAID 0 是基礎(chǔ)條帶化模型，不支持任何冗余，因此可最優(yōu)化系統(tǒng)性能，但在數(shù)據(jù)故障情況下不能恢復(fù)數(shù)據(jù)。RAID 5 設(shè)計(jì)旨在從單次數(shù)據(jù)故障中恢復(fù)數(shù)據(jù)，通過(guò)添加一個(gè)冗余校驗(yàn)盤（“P”盤即奇偶

2、校驗(yàn)盤），作為對(duì)等數(shù)據(jù) XOR 計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)功能。從數(shù)學(xué)角度來(lái)說(shuō)，我們把數(shù)據(jù)恢復(fù)可看作只有一個(gè)未知變量（也就是因讀取故障丟失的數(shù)據(jù)）的線性方程式，并能通過(guò)基礎(chǔ)代數(shù)方法輕松解出任何線性方程。RAID 6 擴(kuò)展了 RAID 5 的功能，可在同一數(shù)據(jù)集上恢復(fù)兩個(gè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。從數(shù)學(xué)角度來(lái)說(shuō)，RAID 5 使用一個(gè)方程式解出一個(gè)未知變量，而 RAID 6 則能通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的線性方程構(gòu)成方程組，從而恢復(fù)兩個(gè)未知數(shù)據(jù)。第一個(gè)方程與 RAID 5 機(jī)制一樣，也是通過(guò)添加P盤實(shí)現(xiàn)的，而第二個(gè)方程則有所不同，將創(chuàng)建一個(gè) Q 盤，因此 RAID 6 又稱作“P+Q”盤機(jī)制。從理論上說(shuō)，這種回歸計(jì)算可以無(wú)限延

3、伸，可創(chuàng)建任意類型的 M+N 冗余，但實(shí)際應(yīng)用通常僅限于 N=2，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)條帶上同時(shí)發(fā)生兩個(gè)不同的故障，這也就是RAID 6 所要解決的主要問題。為什么需要 RAID 6？RAID 5可獨(dú)立解決磁盤不能檢索數(shù)據(jù)的兩種情況： 一個(gè)磁盤損壞，也就是說(shuō)不能對(duì)任何讀寫命令做出響應(yīng)，需要更換。RAID 5 能從保存的對(duì)等數(shù)據(jù)中恢復(fù)所有數(shù)據(jù)，重建缺陷磁盤。 磁盤組本身沒問題，但其中一個(gè)磁盤上出現(xiàn)了壞塊（即不能讀取的塊），造成某些數(shù)據(jù)不能恢復(fù)。請(qǐng)注意，從數(shù)學(xué)角度說(shuō)，每個(gè)磁盤的平均無(wú)故障時(shí)間 (MTBF) 大約為 50 萬(wàn)至 150 萬(wàn)小時(shí)（也就是每 50150 年發(fā)生一次硬盤損壞）。實(shí)際往往不能達(dá)到這種

4、理想的情況，在大多數(shù)散熱和機(jī)械條件下，都會(huì)造成硬盤正常工作的時(shí)間大幅減少?？紤]到每個(gè)磁盤的壽命不同，陣列中的任何磁盤都可能出現(xiàn)問題，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度說(shuō)，陣列中 N 個(gè)磁盤發(fā)生故障的機(jī)率比單個(gè)磁盤發(fā)生故障的機(jī)率要大 N 倍。結(jié)合上述因素，如果陣列中的磁盤數(shù)量合理，且這些磁盤的平均無(wú)故障時(shí)間 (MTBF) 較短，那么在磁盤陣列的預(yù)期使用壽命過(guò)程中，就很有可能發(fā)生磁盤故障（比方說(shuō)每幾個(gè)月或每隔幾年就會(huì)發(fā)生一次故障）。兩塊磁盤同時(shí)損壞的幾率有多大呢（“同時(shí)”就是指一塊磁盤尚未完全修復(fù)時(shí)另一塊磁盤也壞掉了）？如果說(shuō) RAID 5 陣列的MTBF相當(dāng)于MTBF2，那么這種幾率為每隔1015個(gè)小時(shí)發(fā)生一次（也就

5、是1萬(wàn)多年才出現(xiàn)一次），因此不管工作條件如何，發(fā)生這種情況的概率是極低的。從數(shù)學(xué)理論角度來(lái)說(shuō)，是有這種概率，但在現(xiàn)實(shí)情況中我們并不用考慮這一問題。不過(guò)有時(shí)卻是會(huì)發(fā)生兩塊磁盤同時(shí)損壞的情況，我們不能完全忽略這種可能性，實(shí)際兩塊磁盤同時(shí)損壞的原因與MTBF基本沒有任何關(guān)系。讀取錯(cuò)誤（不能恢復(fù)的ECC讀取錯(cuò)誤）從統(tǒng)計(jì)角度來(lái)說(shuō)也比較少見，一般來(lái)說(shuō)是指讀取多少位后會(huì)出現(xiàn)一次讀取錯(cuò)誤。就 SCSI/ FC/ SAS 磁盤（SAS 是本文的重點(diǎn)，但同樣的量化說(shuō)明適用于所有這三種技術(shù)）來(lái)說(shuō)，發(fā)生讀取錯(cuò)誤的幾率為每讀取1015位（也就是約100TB）到1016位（約 1000TB 或 1PB），會(huì)出現(xiàn)一次錯(cuò)誤。

6、我們把這一幾率稱作誤碼率 (BER)。不過(guò)，SATA 磁盤的錯(cuò)誤率要大一些，其 BER 比其它類型的磁盤要高出一兩個(gè)數(shù)量級(jí)（即其BER為每讀取1014到1015位出現(xiàn)一次錯(cuò)誤，或者說(shuō)每讀取10/100TB 出現(xiàn)一次錯(cuò)誤，具體取決于磁盤設(shè)計(jì)）。如果 SATA 磁盤容量為1TB，完整讀取磁盤十次，就會(huì)發(fā)現(xiàn)新的故障塊（假定這里的 BER 為每讀取1014位出錯(cuò)一次）。存儲(chǔ)相同數(shù)據(jù)的相應(yīng)兩個(gè)塊同時(shí)出現(xiàn)問題幾乎是不可能的，幾率為每讀取 1030 位發(fā)生一次。然而，如果一個(gè)問題由于 MTBF 引起，另一個(gè)問題由于讀取錯(cuò)誤引起，這樣兩個(gè)錯(cuò)誤同時(shí)發(fā)生的幾率有多大？假設(shè)我們有 10 個(gè) SAS 磁盤組成的陣列，

7、每個(gè)磁盤容量為 300GB，BER為每讀取10-15 位出錯(cuò)一次，那么我們?cè)谥亟ù疟P時(shí)發(fā)生讀取錯(cuò)誤的可能性有多大？計(jì)算方法如下： 1015（位）X 1/8 （字節(jié)/位）X 1/10 （磁盤）X 1/300GB，從而得到每 50 次重建就會(huì)出現(xiàn)一次。這種幾率還是比較大的，但并不足以讓人震驚，要是磁盤陣列在使用壽命中要發(fā)生50次故障的話，那才真成了問題！不過(guò)，上述幾率在統(tǒng)計(jì)學(xué)上還是有意義的，我們可以換一種方式來(lái)理解，也就是說(shuō)，如果我們出售50款與上述配置一樣的陣列，那么至少其中一個(gè)會(huì)出現(xiàn)上述嚴(yán)重問題。這種幾率也不算高，但要是客戶安裝上百個(gè)陣列的話，問題就比較嚴(yán)重了。不過(guò)，有的SAS磁盤的BER比我

8、們這里假定的情況要好上10倍，因此問題可以大大化解。如果使用 SATA 會(huì)有什么情況呢？磁盤容量越大，問題就越嚴(yán)重！磁盤的BER會(huì)較差，造成問題的嚴(yán)重性。假定同樣有上述10個(gè)磁盤組成陣列，但每個(gè)磁盤容量為500GB，BER為讀取10-14位出錯(cuò)一次，那么計(jì)算如下：1014 X 1/8 X 1/10 X 1/500GB，得出每 2.5 次重建就會(huì)出一次嚴(yán)重問題，這就要引起我們的高度重視了。我們這里所談的是5TB容量的陣列，盡管這種陣列還不太常見，但完全是當(dāng)前技術(shù)可以達(dá)到的水平。這就是說(shuō)，這種容量大小的陣列每 2.5 個(gè)中，就有一個(gè)陣列會(huì)出現(xiàn)每次重建就發(fā)生塊損壞的問題，用戶會(huì)看到“Read Err

9、or at LBA = 0xF43E1AC9”這類報(bào)錯(cuò)信息，著實(shí)讓人頭痛。用戶怎么會(huì)明白0xF43E1AC9 到底指什么？是說(shuō)空間為空？還是說(shuō)內(nèi)核數(shù)據(jù)下次重啟會(huì)發(fā)生藍(lán)屏錯(cuò)誤？是僅涉及沒人會(huì)用得到的數(shù)據(jù)庫(kù)？還是包含著銀行帳戶信息？實(shí)際上看到這種錯(cuò)誤信息我們根本無(wú)所做出判斷，唯一的辦法就是從備份中恢復(fù)數(shù)據(jù)，這會(huì)花大量時(shí)間，而且還要考慮到從 5TB 容量的磁帶中恢復(fù)數(shù)據(jù)會(huì)面臨多大的讀取錯(cuò)誤幾率。這種讀取錯(cuò)誤的幾率要大大高于磁盤，因此用戶會(huì)遇到無(wú)窮盡的問題。內(nèi)容提要：RAID 6 之所以重要，不是因?yàn)樗芑謴?fù)兩個(gè)同時(shí)發(fā)生的磁盤故障，而是能用完好的對(duì)等磁盤恢復(fù)一個(gè)磁盤故障和一個(gè)讀取錯(cuò)誤。隨著磁盤容量的上升，上述這種錯(cuò)誤的發(fā)生幾率也在增加。更為重要的是，低質(zhì)量SATA磁盤使用比較多，造成這種幾率又要提高10倍乃至百倍。說(shuō)到底，我們要在價(jià)格與風(fēng)險(xiǎn)之間進(jìn)行權(quán)衡，SAS 和高端驅(qū)動(dòng)器的平均無(wú)故障時(shí)間 (MTBF) 更長(zhǎng)/BER 性能更高，因而出問題的可能性也就少得多（盡管不是不可能出問題），而低端SATA 有助于大幅節(jié)約購(gòu)買設(shè)備的資本投入，卻會(huì)面臨較高的雙重故障幾率。在此情況下，RAID6 市場(chǎng)便應(yīng)運(yùn)而生。需要指出的是，上述涉及的某些風(fēng)險(xiǎn)可通過(guò)其它技術(shù)加以規(guī)避減輕，如定期掃描磁盤以避