論傳統(tǒng)RAID技術(shù)的存在的幾大問題

在各類存儲介質(zhì)中，機械磁盤由于采用了電機驅(qū)動，故障率最高，平均無故障時間（MTBF）指標也最低，因此磁盤的數(shù)據(jù)保護技術(shù)至關(guān)重要。

加利福尼亞大學伯克利分校（University of California-Berkeley）在1988年，發(fā)表的文章：“A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks”。文章中談到了RAID這個詞匯，而且定義了RAID的5層級。自1989年以來，RAID（獨立磁盤冗余陣列）技術(shù)一直是磁盤系統(tǒng)數(shù)據(jù)保護的標準的和最常用的方式。在絕大部分用戶眼中，RAID是一種成熟、可靠的解決方案，也被視為數(shù)據(jù)存儲的基礎(chǔ)技術(shù)。那些基本的RAID概念很多年都不曾改變過，至今仍然十分流行，也擁有有眾多的用戶。但事實上，傳統(tǒng)的RAID技術(shù)正在逐漸被一些新的技術(shù)取代。

　　傳統(tǒng)RAID技術(shù)的主要瓶頸

當故障發(fā)生時，根據(jù)用戶使用的RAID類型，（一個或多個）故障磁盤上的數(shù)據(jù)會通過校驗值計算或者從鏡像盤拷貝的方式重新生成原來的數(shù)據(jù)。但是：

（1）傳統(tǒng)RAID在數(shù)據(jù)重建方面表現(xiàn)比較差，以前因為單塊磁盤的容量較小，當磁盤發(fā)生故障之后，數(shù)據(jù)重建需要的時間大部分用戶是可以接受的，但隨著數(shù)據(jù)量的不斷增大，在許多應(yīng)用環(huán)境中單塊的磁盤容量在4TB或者以上，數(shù)據(jù)重建可能需要十幾個小時，甚至幾十個小時才能將故障盤中的數(shù)據(jù)恢復(fù)。這樣就有一個比較大的問題，重建時間越久發(fā)生二次損壞的概率就越大，一旦發(fā)生了二次損壞很有可能會造成數(shù)據(jù)全部丟失無法恢復(fù);

（2）比如當RAID組中某塊磁盤發(fā)生故障以后，處于同一個RAID組中的其他盤將會存在大量的讀操作，去獲取條帶數(shù)據(jù)，然后生成故障盤上的數(shù)據(jù)，最后寫入熱備磁盤中，這是一個完整的數(shù)據(jù)重建過程。會造成若干塊磁盤存在讀操作，一塊磁盤存在寫操作。我們很容易的發(fā)現(xiàn)，熱備盤是寫操作性能瓶頸點，同時RAID組中的其他磁盤是讀操作性能瓶頸點，大容量磁盤對傳統(tǒng)RAID技術(shù)的最大挑戰(zhàn)就在于此。

另外在數(shù)據(jù)重建的過程中，上層文件系統(tǒng)的性能也會受到極大的影響。并且在應(yīng)用數(shù)據(jù)壓力的情況下，數(shù)據(jù)重建的I/O和應(yīng)用的I/O交錯在一起，導(dǎo)致惡性循環(huán)，使得數(shù)據(jù)重建和應(yīng)用I/O性能都表現(xiàn)較差;

（3）RAID系統(tǒng)需要為發(fā)生故障的那個磁盤記錄一系列的關(guān)聯(lián)信息， 包括跟蹤故障磁盤的位置、相關(guān)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)位置、數(shù)據(jù)產(chǎn)生時間等信息的痕跡，這個時間周期從故障磁盤被拔出那一刻開始，一直到RAID組被修復(fù)（或者RAID組被毀壞）。這是一個冗長乏味的過程，如果是加密的磁盤，則還需要復(fù)雜的手工操作。

既然傳統(tǒng)RAID技術(shù)有上述的瓶頸，那是不是用SSD硬盤就能徹底解決呢？不容置疑如果不在乎成本的因素，肯定是能解決一些問題的，但不能徹底解決，這源于機制的作用，因為傳統(tǒng)RAID技術(shù)的機制已經(jīng)非常的固化。后期在許多應(yīng)用場景下可能會廣泛采用混合的機制，比如采用SSD等高速硬盤用來存放熱點數(shù)據(jù)，需要長期保留的大容量的數(shù)據(jù)就用大容量的普通硬盤，但同時還是都需要做數(shù)據(jù)保護的。

　新的技術(shù)

最近幾年業(yè)內(nèi)興起了許多新的技術(shù)，我個人覺得其主要思想都是將數(shù)據(jù)分割成多個等長的不能直接讀取的數(shù)據(jù)塊，并且在每個數(shù)據(jù)塊上附加元數(shù)據(jù)信息。一份完整的數(shù)據(jù)通過全部數(shù)據(jù)塊中的部分子集就可以復(fù)原，也就是說只要有部分數(shù)據(jù)塊存在，數(shù)據(jù)就不會丟失。這些數(shù)據(jù)塊可以分布在不同的存儲位置，可以是一個數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，甚至可以跨越城市、跨越一個地區(qū)，或者在世界上任何其他地方，形成一個邏輯的資源池。在數(shù)據(jù)重建時數(shù)據(jù)寫入操作不再局限在一塊磁盤上面，而在邏輯的存儲池中任意布局，相應(yīng)的重建需要的數(shù)據(jù)塊讀操作也不再局限在一個RAID組中了，而且根本不需要數(shù)據(jù)的復(fù)制操作。面對自然災(zāi)難以及技術(shù)錯誤時具有很強的生存適應(yīng)能力，因為只要有部分數(shù)據(jù)塊存在，就能復(fù)原完整的原始數(shù)據(jù)。實際上，即使客戶端、服務(wù)器、存儲單元，磁盤驅(qū)動器或者網(wǎng)絡(luò)這一些列環(huán)節(jié)中同時發(fā)生多個故障，我們?nèi)匀豢梢詫崟r訪問數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)RAID的存儲機制完全不同，可以完全消除和彌補傳統(tǒng)RAID技術(shù)的不足。

另外這種機制天生具有數(shù)據(jù)的私密性，因為每個獨立數(shù)據(jù)塊所包含的信息量都不足以揭示原始數(shù)據(jù)集的全貌。必須有足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)塊集合（可能來自于不同的存儲節(jié)點設(shè)備）才能恢復(fù)完整的數(shù)據(jù)，這個數(shù)量由附加在每個數(shù)據(jù)塊上的元數(shù)據(jù)信息量決定。附加的元數(shù)據(jù)信息越多，意味著恢復(fù)時需要的數(shù)據(jù)塊就越少。