時下人氣攀升的糾刪碼，究竟是什么呢？ 所謂糾刪碼（Erasure Coding），是一種數據保護方法，它將數據分割成片段，把冗余數據塊擴展、編碼，并將其存儲在不同位置，比如硬盤、存儲節(jié)點或其他物理位置。
“糾刪碼，可以簡單理解成對原始數據做線性組合”，許胤龍教授表示。比如 (2+2)糾刪碼，就是A、B兩個數據可以做A+B和A+2B的線性組合，能容任意兩個節(jié)點錯，當恢復數據的時候直接解方程就行。一般情況下，業(yè)界常用的是（k，m）-MDS碼，把k個數據編碼成m個校驗數據，k+m個數據塊形成一個條帶，最多可以容許m個塊同時故障。工業(yè)界常見的m一般是2或3，數據規(guī)模較大的話，可以把m設為4~6。
糾刪碼 跑得如絲般順滑并非易事
糾刪碼“花小錢、辦大事”的優(yōu)勢雖然非常明顯，但要在超大規(guī)模數據中心內或者是跨數據中心使用糾刪碼做數據保護，卻需要過五關闖六將，絕非易事。
第一關：同一數據中心內，數據恢復的網絡傳輸時間占比超90%，糾刪碼“龜速”難題如何破。
糾刪碼能夠降低存儲成本、提高容錯能力，但糾刪碼最大的問題是在數據丟失之后，數據恢復過程需要從其他地方讀取大量數據，故障修復堪稱龜速。通過對糾刪碼“從存活節(jié)點讀取數據、傳輸、在備份節(jié)點解碼、傳輸、在替代節(jié)點寫入”的整個流程做分析，發(fā)現(xiàn)網絡傳輸占整個數據恢復時間的比例超90%，如何優(yōu)化數據恢復時間呢？
首先，數據分批恢復。在實際系統(tǒng)里面，數據塊是隨機的分布到不同的節(jié)點里，隨機數據分布從統(tǒng)計概率的角度來說，是能達到負載均衡的。但一般來說，在系統(tǒng)實現(xiàn)的時候，一般來說因為系統(tǒng)IO、內存、CPU資源也有限，同時系統(tǒng)還要支撐前臺的應用綜合各方面，所以修復一般都會是分批進行。“我們做過實驗，分批比不分批大概要快15%左右”，許教授表示。
其次，可以利用二部圖和網絡流圖的辦法，使得從不同的節(jié)點上進行恢復的時候，不同節(jié)點上讀數據量是均衡的，寫數據量也是均衡的，并且每一個節(jié)點承擔的恢復任務也是均衡的。清華、港中大、普渡、中科大等頂級高校均對糾刪碼技術進行了研究，經過優(yōu)化中科大SelectiveEC技術能夠在90%以上的情況下都實現(xiàn)負載均衡，相比HDFS大約50%的負載均衡水平，中科大的負載均衡水平能高出70%以上，恢復速度提升30%以上。同時Selective EC比HDFS有更少的毛刺、更短的長尾、更短的任務生命周期。
“我們很認同許教授的觀點，為了實現(xiàn)數據糾刪的負載均衡，浪潮存儲一直在技術上不斷打磨和創(chuàng)新”，浪潮信息分布式存儲架構師張立強表示。浪潮分布式存儲AS13000突破軟硬件協(xié)同寬條帶糾刪技術，融合多元算力，解決數據高冗余比糾刪的計算性能、資源消耗、容量、可靠性等指標難以兼顧的問題。舉個例子，浪潮存儲創(chuàng)新研制了糾刪碼FPGA加速卡，設計可重構最小硬件邏輯單元，實現(xiàn)編解碼復用、全糾刪比支持，實現(xiàn)寬條帶糾刪的CPU計算卸載。在32+6糾刪比配置下，浪潮存儲能夠將處理器平臺的CPU占用率降低90%，性能提升390%，這就如同將汽車行駛的速度提升到了復興號的水平。其實浪潮分布式存儲在高校領域應用廣泛，目前已經在中科大、清華、北大、復旦、浙大、中山大學等國內頂級高校實現(xiàn)規(guī)?；渴穑慰蒲兄腔蹜闷脚_穩(wěn)定運行，以數據之力助力科研取得豐碩成果。
第二關：跨數據中心場景，數據中心帶寬極其有限，如何“跨越萬水千山”做糾刪。
考慮到地震、山洪、火災等災害因素影響，大型企業(yè)往往會跨數據中心做數據保護。所謂跨數據中心，是指多個數據中心可能建在距離城區(qū)比較遠的地方或者是不同的城區(qū)的地方，這時候跨數據中心的帶寬就會很寶貴，通常跟數據中心內部的帶寬相比，跨數據中心帶寬只有1/20。
RS碼部署方式在同一數據中心內做糾刪是有優(yōu)勢的，但在跨數據中心環(huán)境下卻面臨挑戰(zhàn)。這是因為RS碼是把一個條帶的數據均勻分布到不同數據中心去。假如現(xiàn)在有15個數據塊，把它編碼成12個校驗塊，分散在三個數據中心，這時候只能容單個數據中心故障，存儲開銷大概是180%，如果出現(xiàn)單塊故障，需要跨數據中心訪問7個數據塊，需要的帶寬開銷比較多。
新型LRC（Locally Repairable Code）分組編碼方式，可以在存儲開銷和恢復性能之間做一個權衡。LRC（k，l，g）分組編碼有三個值，k表示數據塊，l代表局部校驗塊，g是全局校驗塊。LRC分組編碼通過讀取局部數據塊，減少重構所需的數據量，從而提升數據修復性能。這就好比618購物，北京小伙買一箱牛奶，如何用最快的速度把貨物送到顧客手里呢，電商平臺會找到距離顧客比較近的天津或河北倉庫（類似l局部校驗塊）進行配送，盡量減少從西安或廣州（類似g全局校驗塊）調貨的概率。
按照新型部署方式，“在實際集群里面，我們實現(xiàn)了數據傳輸、數據解碼的優(yōu)化，大概能把速度提升30%”，許胤龍教授表示。
“浪潮一直將可靠性視為存儲的生命線，在異地數據保護方面做了諸多創(chuàng)新”，浪潮信息存儲研發(fā)部何營表示。浪潮存儲不僅基于一套存儲架構承載塊、文件、對象、大數據等多種數據服務，在WAN加速、快速重構、透明故障切換等高級功能方面持續(xù)創(chuàng)新。以WAN廣域網加速技術為例，浪潮存儲通過數據流壓縮、固定塊切割和多數據流并發(fā)，將遠程傳輸性能提升高達10倍、延時降低10倍，幫助海量數據異地遷徙和災備。
小結
伴隨元宇宙、AI、大數據新技術、新應用不斷涌現(xiàn)，數字經濟正在成為中國經濟發(fā)展的關鍵因素。數據顯示，從2020年到2025年數字經濟核心產業(yè)增加值將從7.9萬億提升至13萬億，是驅動GDP增長的引擎。
“浪潮存儲是整體市場全球前四、分布式存儲銷量中國第一的存儲廠商，糾刪碼技術在浪潮大部分分布式存儲客戶中得到應用，為產業(yè)轉型升級構筑了數據護盾”，浪潮信息首席架構師葉毓睿表示。未來浪潮存儲將攜手產學研用各方力量，共建場景共同體驅動社會高質量發(fā)展。
