存儲專家剖析解讀RAID 6

1、存儲專家剖析解讀RAID 6過去幾年來，RAID 6 不斷推廣，已成為購買 RAID 控制器時必須考慮的一項特性。本文將探討人們對該技術興趣不斷提高背后的一些原因，說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施實例，分別說明其優(yōu)缺點，為分析問題、明確解決方案奠定堅實的基礎。從最基本的角度來說，RAID 就是指一組磁盤關聯(lián)和相對應的數(shù)據(jù)布局，在某些組件發(fā)生讀取錯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數(shù)據(jù)。RAID 5 設計旨在從單次數(shù)據(jù)故障中恢復數(shù)據(jù)，通過添加一個冗余校驗盤（“P”盤即奇偶

2、校驗盤），作為對等數(shù)據(jù) XOR 計算，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復功能。從數(shù)學角度來說，我們把數(shù)據(jù)恢復可看作只有一個未知變量（也就是因讀取故障丟失的數(shù)據(jù)）的線性方程式，并能通過基礎代數(shù)方法輕松解出任何線性方程。RAID 6 擴展了 RAID 5 的功能，可在同一數(shù)據(jù)集上恢復兩個數(shù)據(jù)錯誤。從數(shù)學角度來說，RAID 5 使用一個方程式解出一個未知變量，而 RAID 6 則能通過兩個獨立的線性方程構成方程組，從而恢復兩個未知數(shù)據(jù)。第一個方程與 RAID 5 機制一樣，也是通過添加P盤實現(xiàn)的，而第二個方程則有所不同，將創(chuàng)建一個 Q 盤，因此 RAID 6 又稱作“P+Q”盤機制。從理論上說，這種回歸計算可以無限延

3、伸，可創(chuàng)建任意類型的 M+N 冗余，但實際應用通常僅限于 N=2，也就是說數(shù)據(jù)條帶上同時發(fā)生兩個不同的故障，這也就是RAID 6 所要解決的主要問題。為什么需要 RAID 6？RAID 5可獨立解決磁盤不能檢索數(shù)據(jù)的兩種情況： 一個磁盤損壞，也就是說不能對任何讀寫命令做出響應，需要更換。RAID 5 能從保存的對等數(shù)據(jù)中恢復所有數(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。請注意，從數(shù)學角度說，每個磁盤的平均無故障時間 (MTBF) 大約為 50 萬至 150 萬小時（也就是每 50150 年發(fā)生一次硬盤損壞）。實際往往不能達到這種

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

5、是1萬多年才出現(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)學理論角度來說，是有這種概率，但在現(xiàn)實情況中我們并不用考慮這一問題。不過有時卻是會發(fā)生兩塊磁盤同時損壞的情況，我們不能完全忽略這種可能性，實際兩塊磁盤同時損壞的原因與MTBF基本沒有任何關系。讀取錯誤（不能恢復的ECC讀取錯誤）從統(tǒng)計角度來說也比較少見，一般來說是指讀取多少位后會出現(xiàn)一次讀取錯誤。就 SCSI/ FC/ SAS 磁盤（SAS 是本文的重點，但同樣的量化說明適用于所有這三種技術）來說，發(fā)生讀取錯誤的幾率為每讀取1015位（也就是約100TB）到1016位（約 1000TB 或 1PB），會出現(xiàn)一次錯誤。

6、我們把這一幾率稱作誤碼率 (BER)。不過，SATA 磁盤的錯誤率要大一些，其 BER 比其它類型的磁盤要高出一兩個數(shù)量級（即其BER為每讀取1014到1015位出現(xiàn)一次錯誤，或者說每讀取10/100TB 出現(xiàn)一次錯誤，具體取決于磁盤設計）。如果 SATA 磁盤容量為1TB，完整讀取磁盤十次，就會發(fā)現(xiàn)新的故障塊（假定這里的 BER 為每讀取1014位出錯一次）。存儲相同數(shù)據(jù)的相應兩個塊同時出現(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，如果一個問題由于 MTBF 引起，另一個問題由于讀取錯誤引起，這樣兩個錯誤同時發(fā)生的幾率有多大？假設我們有 10 個 SAS 磁盤組成的陣列，

7、每個磁盤容量為 300GB，BER為每讀取10-15 位出錯一次，那么我們在重建磁盤時發(fā)生讀取錯誤的可能性有多大？計算方法如下： 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，上述幾率在統(tǒng)計學上還是有意義的，我們可以換一種方式來理解，也就是說，如果我們出售50款與上述配置一樣的陣列，那么至少其中一個會出現(xiàn)上述嚴重問題。這種幾率也不算高，但要是客戶安裝上百個陣列的話，問題就比較嚴重了。不過，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 會有什么情況呢？磁盤容量越大，問題就越嚴重！磁盤的BER會較差，造成問題的嚴重性。假定同樣有上述10個磁盤組成陣列，但每個磁盤容量為500GB，BER為讀取10-14位出錯一次，那么計算如下：1014 X 1/8 X 1/10 X 1/500GB，得出每 2.5 次重建就會出一次嚴重問題，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，但完全是當前技術可以達到的水平。這就是說，這種容量大小的陣列每 2.5 個中，就有一個陣列會出現(xiàn)每次重建就發(fā)生塊損壞的問題，用戶會看到“Read Err

9、or at LBA = 0xF43E1AC9”這類報錯信息，著實讓人頭痛。用戶怎么會明白0xF43E1AC9 到底指什么？是說空間為空？還是說內(nèi)核數(shù)據(jù)下次重啟會發(fā)生藍屏錯誤？是僅涉及沒人會用得到的數(shù)據(jù)庫？還是包含著銀行帳戶信息？實際上看到這種錯誤信息我們根本無所做出判斷，唯一的辦法就是從備份中恢復數(shù)據(jù)，這會花大量時間，而且還要考慮到從 5TB 容量的磁帶中恢復數(shù)據(jù)會面臨多大的讀取錯誤幾率。這種讀取錯誤的幾率要大大高于磁盤，因此用戶會遇到無窮盡的問題。內(nèi)容提要：RAID 6 之所以重要，不是因為它能恢復兩個同時發(fā)生的磁盤故障，而是能用完好的對等磁盤恢復一個磁盤故障和一個讀取錯誤。隨著磁盤容量的上升，上述這種錯誤的發(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。說到底，我們要在價格與風險之間進行權衡，SAS 和高端驅(qū)動器的平均無故障時間 (MTBF) 更長/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)約購買設備的資本投入，卻會面臨較高的雙重故障幾率。在此情況下，RAID6 市場便應運而生。需要指出的是，上述涉及的某些風險可通過其它技術加以規(guī)避減輕，如定期掃描磁盤以避