數(shù)據(jù)的征途是星辰大海、浪潮智能存儲以InRAID為其護航

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2017-12-18 13:27:28 作者：來源：CTI論壇評論：0 　點擊：

　　2017年11月在對未來科學的探索中，面對“天眼”探空、神舟飛天、墨子“傳信”等眾多原創(chuàng)基礎科學對整個產(chǎn)業(yè)帶來的巨大影響，科學界面提出了中國科學的未來是星辰大海的觀點。同樣是基礎技術創(chuàng)新，在存儲領域，面對數(shù)據(jù)的“星辰大海”，浪潮智能存儲的InRAID技術實現(xiàn)化繁為簡的數(shù)據(jù)管理策略：以“2+1”的硬盤虛擬化三板斧，實現(xiàn)了存儲的邏輯化，一舉管理數(shù)以浩如煙海的億級KB級邏輯塊。

　　RAID，企業(yè)級存儲的基本功

　　“天眼”探空、神舟飛天、墨子“傳信”、高鐵奔馳、北斗組網(wǎng)、超算“發(fā)威”、大飛機首飛……中國科學創(chuàng)新迎來前所未有的黃金時期。正如2017年11月未來科學大獎頒獎典禮上，科學界人士所表示的：中國科學的征途是“星辰大海”，在基礎科學研究領域有大量創(chuàng)新等待被探索。事實上，基礎科學做創(chuàng)新，在各個領域幾乎都是難題；但一旦做出創(chuàng)新了，就會帶動業(yè)界技術進步。比如基因工程、量子計算、腦科學研究等等基礎科學，已然成為科學界的“星辰大海”，這些基礎科學的每一個成就對推動科學技術進步產(chǎn)生了巨大影響。

　　這一情況在存儲領域同樣得到了驗證，RAID功能作為基礎的存儲介質虛擬化技術，關系著企業(yè)級存儲的性能、可靠性和靈活性，一直是考驗業(yè)界存儲廠商技術實力的關鍵。浪潮智能存儲G2平臺如何通過InRAID技術創(chuàng)新，獲得比傳統(tǒng)RAID最高10倍的性能、重構效率和容量擴展提升呢？這得從RAID的演進說起。

　　RAID演進

　　RAID技術在存儲領域可以說是毋庸置疑的基礎技術，很多IT從業(yè)者就是從RAID技術開始了解企業(yè)級存儲的。RAID是什么呢？根據(jù)全球網(wǎng)絡存儲工業(yè)協(xié)會SNIA（the Storage Networking Industry Association）對RAID的定義，RAID是英文Redundant Array of Independent Disks的縮寫，中文意思是獨立磁盤冗余陣列。

　　這里有個小插曲，RAID一詞最早出現(xiàn)在1987年加利福尼亞大學伯克利分校David Patterson等人的論文中，是指“廉價磁盤冗余陣列（A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks）”，研究的初衷是平衡當時CPU快速的性能，當時CPU效能每年大約增長30-50%，而硬磁機只能增長約7%。研究小組希望能找出一種新的技術，于是RAID早期被用來整合大量廉價的硬盤，在短期內(nèi)，立即提升效能來平衡計算機的運算能力。但后來發(fā)現(xiàn)，大量便宜磁盤組合并不能適用于現(xiàn)實的生產(chǎn)環(huán)境，后來Inexpensive被改為independent，RAID的定義變?yōu)榘S多獨立的磁盤組的冗余陣列，也就是我們?nèi)缃窨吹降臉幼印?/div>

　　RAID技術有什么好處呢？雖然RAID包含多塊硬盤，但是在操作系統(tǒng)下將其視為“一個”超級大盤。不難看出，RAID的本質就是N個硬盤的虛擬化，對下層硬盤進行扇區(qū)管理，對上層業(yè)務提供IO透明服務。

　　此時，傳統(tǒng)RAID技術包含RAID0～RAID60等十多個規(guī)范，在實際應用中使用較多的是RAID0、1、5、6、10、50、60等等。

　　傳統(tǒng)RAID誕生之初，曾給企業(yè)級存儲帶來巨大利好，體現(xiàn)在提高傳輸效率和容錯能力兩個方面。在提高傳輸速率方面，傳統(tǒng)RAID技術通過在多個硬盤上同時存儲和讀取數(shù)據(jù)來大幅提高存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量。在RAID中，可以讓很多硬盤同時傳輸數(shù)據(jù)，所以使用RAID能達到單個硬盤幾倍、幾十倍的速率。在數(shù)據(jù)容錯方面，由于硬盤本身無法提供容錯，RAID容錯是可提供較為完備的相互校驗/恢復/鏡像等措施，提高了容錯度和冗余性。

　　傳統(tǒng)RAID并不完美

　　傳統(tǒng)RAID技術重構時間長，重構期間數(shù)據(jù)可靠性保障差。在存儲系統(tǒng)正常運行時，傳統(tǒng)RAID技術的BUG并不明顯，但一旦遇到硬盤故障，需要數(shù)據(jù)重構時卻存在較大的數(shù)據(jù)丟失風險。傳統(tǒng)RAID是以物理硬盤為單元，RAID重構過程中數(shù)據(jù)沒有可靠性保障。這就是說，如果在傳統(tǒng)RAID重構完成前出現(xiàn)壞盤就將造成數(shù)據(jù)丟失，不可恢復。令這一缺陷雪上加霜的是，傳統(tǒng)硬盤重構的時間窗口比較大，進一步加大了數(shù)據(jù)丟失的風險。以一塊2TB 7.2K rpm盤為例，重構時平均寫入速度為30M/s左右，完成重構時間長達18個小時。

　　另外，傳統(tǒng)RAID一旦配置完成，組內(nèi)硬盤會鎖死，擴容可能停機且最大擴容盤數(shù)受限。在做存儲系統(tǒng)規(guī)劃時，要求管理員準確的計算出當前每個單元業(yè)務的容量、IO需求，并評估每個單元業(yè)務未來發(fā)展的容量、性能要求；否則要么設計不足，存儲不能完全滿足業(yè)務需求，要么過度設計導致資源浪費。配置完成后，RAID組內(nèi)硬盤鎖死。如果因為各種未預測到的變化需要調整原分配，那么只能通過手動配置刪除和重新分配，以及復雜的數(shù)據(jù)遷入遷出來實現(xiàn)。值得一提的是，這一手動調整RAID的過程，很多時候需要中斷業(yè)務。

　　浪潮InRAID：2+1數(shù)據(jù)虛擬化管理

　　浪潮智能存儲G2平臺基于InRAID技術變傳統(tǒng)RAID的固定管理模式為2+1數(shù)據(jù)虛擬化管理模式：1是指同一類型的硬進行1次RAID分組；2是指硬盤的兩層虛擬化，第一層是硬盤切分為KB級邏輯塊，第二層是不同類型硬盤的多個邏輯塊構成一個LUN。通過“2+1”數(shù)據(jù)虛擬化管理（2次硬盤邏輯化+1次用戶態(tài)虛擬化），實現(xiàn)硬盤資源池化。

　　首先，2是指完成兩次硬盤的邏輯化和虛擬化。

　　第一次：硬盤RD化

對于系統(tǒng)內(nèi)部物理硬盤，按介質的性能不同分配不同的Disk&LUN，包括SAS SSD、RI SSD（讀取密集型SSD）、SAS HDD、SAS NearLine HDD（SAS協(xié)議的近線磁盤）四類存儲存儲介質。
將系統(tǒng)內(nèi)部每種不同類型的存儲介質按一定數(shù)量劃分為邏輯上的RD（RAID）。

　　第二次：KB級邏輯塊

將不同硬盤上按RAID組成Mdisk。
將Mdisk切分成16MB-8GB，默認1GB（大小可配置）的更細粒度邏輯塊（Extent）。

　　其次，1是指完成一次面向用戶態(tài)的共享卷構建。

按需將1-N個更細粒度邏輯塊（Extent）組成卷（Volume）/文件（File）。

　　這里打個形象的比方，上述過程可以用包餃子做個簡單生動的解釋。1-4步驟是剁餡兒，包括一系列備料、切、剁等流程，提供對硬盤的邏輯化和虛擬化；步驟5是拌餡兒，提供面向用戶態(tài)的數(shù)據(jù)服務。

　　InRAID的價值：重構快10X、擴容增5X、閃存優(yōu)化快40%

　　相比傳統(tǒng)RAID，浪潮InRAID技術帶來的好處顯而易見。

　　首先，重構效率提升10X。

　　當一個邏輯塊故障時，重構的僅是一個邏輯塊大小的數(shù)據(jù)，1-3秒即可完成重構。

　　當一個物理硬盤故障時，RAID組內(nèi)所有硬盤參加重構。還以上邊的2TB 7.2K rpm盤重構為例，用浪潮InRAID重構，每TB重構小于30分鐘完成（傳統(tǒng)RAID下每TB重構需要9小時），2TB重構時間縮短至1小時內(nèi)，重構效率比傳統(tǒng)RAID提升10倍以上，大大降低重構期間的硬盤失效概率。

　　其次，擴容能力提升5X+

　　InRAID和傳統(tǒng)RAID相比，承載主機IO的硬盤數(shù)量發(fā)生了變化，最多可承載128塊硬盤，比傳統(tǒng)RAID容量提升5倍以上。

　　此外InRAID不再配置閑置的熱備盤，所有盤都在處理IO，減少閑置熱備浪費。

　　最后，基于InRAID的多線程，可提升閃存介質性能。

　　浪潮G2 InRAID技術有多個線程處理IO，具備混合工作負載處理能力，可針對不同IO大小進行并行處理，尤其對SSD的處理有很大的性能提升。寫IOPS性能可提升40%。

　　加載InRAID，助力浪潮智能存儲G2賣出2億+

　　自2017年2月發(fā)布后，僅半年多時間，浪潮智能存儲G2上市半年銷售額近2億，還獲得了兩個單項目千萬元級的大單，浪潮在企業(yè)級SAN存儲方面可以說遇到了過去幾年中發(fā)展最好的階段。能夠取得這一突破，一部分原因要歸因于浪潮在InRAID等一系列存儲技術上的創(chuàng)新。

　　“InRAID穩(wěn)定性已經(jīng)歷市場充分驗證，是G2產(chǎn)品默認RAID配置。”浪潮資深產(chǎn)品經(jīng)理翟爽表示，“目前浪潮在統(tǒng)一存儲，以及全固態(tài)存儲市場中是很有競爭優(yōu)勢的。我們擁有IT領域唯一設在企業(yè)的國家重點實驗室 -- 浪潮高效能服務器和存儲技術國家重點實驗室，并擁有上百項存儲技術自主知識產(chǎn)權，可根據(jù)用戶業(yè)務場景和需求進行開發(fā)設計，增加產(chǎn)品和應用之間的結合度，這意味著我們的產(chǎn)品靈活性更高，更符合應用實際需求，為用戶業(yè)務保駕護航。”

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