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如何在 Data ONTAP 中實(shí)施 RAID-DP

與 NVRAM 和 WAFL 緊密集成

在 Data ONTAP 中實(shí)施 RAID-DP 與 NetApp NVRAM 和 NetApp WAFL?(任意位置寫(xiě)入文件布局)緊密相關(guān)。這是通過(guò) RAID-DP 獲得優(yōu)于其他 RAID 6 實(shí)施的卓越性能的關(guān)鍵所在。

因?yàn)閷?xiě)入內(nèi)存的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于寫(xiě)入磁盤(pán)，所以存儲(chǔ)系統(tǒng)供應(yīng)商通常使用電池后備、非易失性 RAM (NVRAM) 來(lái)緩存寫(xiě)入并提高寫(xiě)入性能。NetApp 在其所有存儲(chǔ)系統(tǒng)中都提供 NVRAM，但是 NetApp Data ONTAP 操作環(huán)境使用 NVRAM 的方式明顯不同于典型的存儲(chǔ)陣列。

NVRAM 用作 Data ONTAP 自上個(gè)一致點(diǎn)接收的寫(xiě)入請(qǐng)求的日志。每隔幾秒鐘，Data ONTAP 就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)稱為一致點(diǎn)的特殊 Snapshot? 副本，即磁盤(pán)上文件系統(tǒng)的完全一致映像。因?yàn)?Data ONTAP 絕不會(huì)覆蓋現(xiàn)有磁盤(pán)塊，所以即使在向磁盤(pán)寫(xiě)入新塊時(shí)，一致點(diǎn)也會(huì)保持不變。憑借此方法，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，Data ONTAP 只需恢復(fù)到最近的一致點(diǎn)，然后回放來(lái)自 NVRAM 的寫(xiě)入請(qǐng)求的日志。

相對(duì)于傳統(tǒng)的存儲(chǔ)陣列，這是 NVRAM 一個(gè)非常不同的使用方式，即在磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序?qū)泳彺鎸?xiě)入請(qǐng)求，這樣可帶來(lái)以下幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：減少所需的 NVRAM 數(shù)量、縮短對(duì)編寫(xiě)程序的響應(yīng)時(shí)間并支持優(yōu)化寫(xiě)入磁盤(pán)。

優(yōu)化寫(xiě)入：RAID 4

此緩存寫(xiě)入方法與 NetApp RAID 實(shí)施緊密集成，并且支持 NetApp 對(duì)寫(xiě)入進(jìn)行計(jì)劃，以確保針對(duì)底層 RAID 陣列優(yōu)化磁盤(pán)寫(xiě)入性能。在介紹 RAID-DP 之前，我將首先說(shuō)明 NetApp 如何針對(duì) RAID 4 實(shí)施優(yōu)化此流程。

RAID 陣列通過(guò)條帶管理數(shù)據(jù)，其中一個(gè)條帶由 RAID 組的每個(gè)磁盤(pán)中的一個(gè)塊組成。對(duì)于每個(gè)條帶，指定一個(gè)塊作為奇偶校驗(yàn)塊。圖 1 顯示了使用水平奇偶校驗(yàn)的傳統(tǒng) RAID 4 組，由四個(gè)數(shù)據(jù)磁盤(pán)(前四個(gè)標(biāo)為“D”的列)和一個(gè)奇偶校驗(yàn)磁盤(pán)(最后一個(gè)標(biāo)為“P”的列)組成。

圖 1) RAID 4 奇偶校驗(yàn)示例。

在本示例中，為了便于演示，計(jì)算奇偶校驗(yàn)的方式為將每個(gè)水平條帶中的值相加，然后將所得之和存儲(chǔ)為奇偶校驗(yàn)值 (3 + 1 + 2 + 3 = 9)。在實(shí)際操作中，將使用異或 (XOR) 運(yùn)算方式計(jì)算奇偶校驗(yàn)。

如果需要從單個(gè)故障中重建數(shù)據(jù)，那么只需反向執(zhí)行用于生成奇偶校驗(yàn)的流程。例如，如果第一個(gè)磁盤(pán)發(fā)生故障，RAID 4 會(huì)根據(jù)其余磁盤(pán)的數(shù)據(jù)重新計(jì)算磁盤(pán) 1 的每個(gè)塊中的數(shù)據(jù);在本示例中，只需從存儲(chǔ)的奇偶校驗(yàn)值中減去其余磁盤(pán)的值 (9 - 3 - 2 - 1 = 3)。這也解釋了為什么單奇偶校驗(yàn) RAID 只能在單個(gè)磁盤(pán)出現(xiàn)故障時(shí)起到防護(hù)作用。您會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果缺少兩個(gè)值，則沒(méi)有足夠的信息來(lái)重新計(jì)算缺少的值。

在典型的 RAID 實(shí)施中，為了將新數(shù)據(jù)寫(xiě)入已包含數(shù)據(jù)(和奇偶校驗(yàn))的條帶，您必須讀取奇偶校驗(yàn)塊并計(jì)算該條帶的新奇偶校驗(yàn)值，然后才能寫(xiě)入數(shù)據(jù)塊和新奇偶校驗(yàn)塊。對(duì)于要寫(xiě)入的每個(gè)塊，這是一筆很大的開(kāi)銷。

NetApp 通過(guò)盡可能地在內(nèi)存中緩存寫(xiě)入(通過(guò) NVRAM 中的日志提供保護(hù))，然后寫(xiě)入完整的 RAID 條帶和奇偶校驗(yàn)來(lái)減少這方面的損失。這樣一來(lái)，在寫(xiě)入之前就無(wú)需讀取奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且還支持 WAFL 針對(duì)完整的數(shù)據(jù)塊條帶執(zhí)行單奇偶校驗(yàn)計(jì)算。(確切的塊數(shù)目取決于 RAID 組大小。)由于在現(xiàn)有塊被修改時(shí)，WAFL 絕不會(huì)覆蓋現(xiàn)有塊并且它可以將數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)(描述數(shù)據(jù)組織方式的說(shuō)明信息)寫(xiě)入任意位置，因此上述目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)。而在其他數(shù)據(jù)布局中，修改過(guò)的數(shù)據(jù)塊一般會(huì)被覆蓋，并且元數(shù)據(jù)通常需要位于固定位置。