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XtremIO Flash專用資料保護方案XDP
2016/04/07

 本文將介紹 XtremIO 資料保護 (XDP),並探討其相比RAID 的好處和優勢,其中會特別考慮企業級Flash儲存陣列的特殊要求。

 
     每個企業儲存系統都會使用多種形式的冗餘,以便在發生無法避免的陣列元件故障時,能夠防止資料丟失。RAID(獨立磁碟容錯陣列)旨在允許資料分佈於多個硬碟以保證性能,而且能夠在某個硬碟(以及後期反覆運算的多個硬碟)發生故障時保護資料。RAID一直以來都將旋轉磁片假設為所選介質,因而需要在期望的性能、容量開銷以及資料保護水準之間做出兩難取捨。XtremIO 並非簡單採用先前既有的 RAID 演算法,而是從頭重新設計了資料保護方法,以利用Flash介質的特殊屬性。我們開發出的資料保護演算法(XtremIO 資料保護,或簡稱為 XDP)既具有傳統 RAID 演算法的最佳特性,避免了其中的隱患,還能為 XtremIO 儲存陣列帶來前所未有的全新能力。與之前的 RAID 演算法相比,XtremIO 資料保護還能顯著增強基礎Flash介質的耐用性,而這也是企業級Flash陣列的一個重要考慮因素。
 
XtremIO 進階資料保護方案
 
     XtremIO 資料保護方案與 RAID 在幾個方面有很大不同。因為 XDP 將一直在All Flash儲存陣列中運行,所以以下幾個設計標準很重要:
超低容量開銷 Flash容量比硬碟容量的成本更高。因此其理想狀態是使用非常寬的條帶化以降低容量開銷。XDP 採用 23+2 的條帶寬度,相當於容量開銷只有 8%
 
·         高水準的資料保護 XDP 採用 N+2 方案,這樣可承受每個 X-Brick 中同時出現兩個 SSD 故障。
·         快速重建時間 XDP 能夠達成非常快速的重建,這不僅因為Flash是一種快速的底層介質技術,而且因為 XtremIO 的內容感知型體系架構僅需要在一個硬碟上重建寫入空間。空白空間會被檢測出來並跳過。此外,XDP 採用Flash專用的同位編碼演算法(詳見後文),能夠以更少的硬碟 I/O 週期進行重建。此外,重建操作是在其餘 24 個硬碟中同時進行的,這進一步加快了重建流程。
·         Flash耐用性與任何 RAID 演算法相比,XDP 需要進行的每條帶寫入更新會更少。這讓 XDP Flash耐用性比標準 RAID 2.5 倍。
·         性能因為每個條帶更新所需的 I/O 操作更少,所以 XDP 給主機(前端)I/O 留了更多的硬碟 I/O 週期,因而帶來了卓越的陣列性能。
 
     XDP 如何能同時達到這看似相互矛盾的目標呢?答案就在於這種演算法能夠在任何 SSD 上的任何位置放置和存取資料。過去的 RAID 演算法必須考慮到如何保持資料連續,以避免硬碟磁頭尋道。XDP 假設陣列中存在諸如Flash等隨機存取介質,因此能夠高效地佈局資料和讀回,雖然這可能會嚴重妨礙基於硬碟的 RAID 演算法,但不會給 XtremIO All Flash體系架構帶來不良影響。
XDP 使用 N+2 行和對角線同位的一種變體。參照下方圖中的 XDP 資料佈局範例圖。
 
Solution-41-1.png
 
     圖中,XDP 單向同位顯示為紅色矩形,對應的奇偶校驗塊儲存在“P列中。XDP 對角線同位顯示為藍色矩形,且儲存於“Q”列中。“Q”奇偶校驗塊的位置與對角線的編號方案(圖中為數字 4)相對應。為了有效計算對角線同位(會跨越多個基於行的條帶),XDP 會在條帶尺寸為 23 *28 = 644 的資料塊中寫入資料,以便在所有資料仍位於記憶體中的情況下達成對角線同位計算。
 
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