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XtremIO 闪存专用数据保护方案XDP

2017-10-17 17:43 EMC中国技术社区

     本白皮书介绍了 XtremIO 数据保护 (XDP),并探讨其相比RAID 的好处和优势,其中会特别考虑企业级闪存存储阵列的特殊要求。

 

     每个企业存储系统都会使用多种形式的冗余,以便在发生无法避免的阵列组件故障时,能够防止数据丢失。RAID(独立磁盘冗余阵列)旨在允许数据分布于多个驱动器以保证性能,而且能够在某个磁盘驱动器(以及后期迭代的多个磁盘驱动器)发生故障时保护数据。RAID 实施一直以来都将旋转磁盘假设为所选介质,因而需要在期望的性能、容量开销以及数据保护水平之间做出两难取舍。XtremIO 并非简单采用先前既有的 RAID 算法,而是从头重新设计了数据保护 方法,以利用闪存介质的特殊属性。我们开发出的数据保护算法(XtremIO 数据保护,或简称为 XDP)既具有传统 RAID 算法的最佳特性,避免了其中的隐患,还能为 XtremIO 存储阵列带来前所未有的全新能力。与之前的 RAID 算法相比,XtremIO 数据保护还能显著增强基础闪存介质的耐用性,而这也是企业级闪存阵列的一个重要考虑因素。

 


XtremIO 高级数据保护方案

 

     XtremIO 数据保护方案与 RAID 在几个方面有很大不同。因为 XDP 将一直在全闪存存储阵列中运行,所以以下几个设计标准很重要:

超低容量开销 — 闪存容量比磁盘容量的成本更高。因此其理想状态是使用 非常宽的条带化以降低容量开销。XDP 采用 23+2 的条带宽度,相当于容量开销只有 8%。

 

  • 高水平的数据保护 — XDP 采用 N+2 方案,这样可承受每个 X-Brick 中同时出现两个 SSD 故障。

  • 快速重建时间 — XDP 能够实现非常快速的重建,这不仅因为闪存是一种快速的底层介质技术,而且因为 XtremIO 的内容感知型体系结构仅需要在一个驱动器上重建写入空间。空白空间会被检测出来并跳过。此外,XDP 采用闪存专用的奇偶校验编码算法(详见后文),能够以更少的驱动器 I/O 周期进行重建。此外,重建操作是在其余 24 个驱动器中同时进行的,这进一步加快了重建流程。

  • 闪存耐用性 — 与任何 RAID 算法相比,XDP 需要进行的每条带写入更新会更少。这让 XDP 的闪存耐用性比标准 RAID 实施高 2.5 倍。

  • 性能 — 因为每个条带更新所需的 I/O 操作更少,所以 XDP 给主机(前端)I/O 留了更多的驱动器 I/O 周期,从而带来了卓越的阵列性能。

 

     XDP 如何能同时达到这看似相互矛盾的目标呢? 答案就在于这种算法能够在任何 SSD 上的任何位置放置和访问数据。过去的 RAID 算法必须考虑到如何保持数据连续,以避免磁盘驱动器磁头寻道。XDP 假定阵列中存在诸如闪存等随机访问介质,因此能够高效地布局数据和读回,虽然这可能会严重妨碍基于磁盘的 RAID 算法,但不会给 XtremIO 全闪存体系结构带来不良影响。

XDP 使用 N+2 行和对角线奇偶校验的一种变体。参照下方图中的 XDP 数据布局示例图。

 


 

     图中,XDP 单向奇偶校验显示为红色矩形,对应的奇偶校验块存储在“P” 列中。XDP 对角线奇偶校验显示为蓝色矩形,且存储于“Q”列中。“Q”奇偶校验块的位置与对角线的编号方案(图中为数字 4)相对应。为了有效计算对角线奇偶校验(会跨越多个基于行的条带),XDP 会在条带尺寸为 23 *28 = 644 的数据块中写入数据,以便在所有数据仍位于内存中的情况下实现对角线奇偶校验计算。




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