华为OceanStor 9000大数据存储系统技术白皮书(4)

OceanStor 9000大数据存储系统技术白皮书 4 软件特性

4.1.4 客户价值

典型应用场景

用户按照初始需求进行设备部署，可以将不同的节点混合部署。所有应用统一通过NFS或CIFS协议进行访问。 图4-4 典型应用示意图

客户价值

OceanStor DFS是一个弹性、易于扩展的存储系统，可以随着用户的需求的改变而改变，在提供了高可靠性、高性能系统同时降低了系统拥有成本。

4.2 分布式数据可靠技术

4.2.1 技术背景

现代的存储系统，都是由多块硬盘组成的。在单个存储系统中，硬盘的数量越多，系统的故障率就越高。数据保护技术就是为了防止因部分硬盘故障导致丢失数据而产生的，它是大规模的存储系统中最重要的技术之一。

传统的数据保护技术是使用RAID方式，把数据存放在一个RAID组内的不同硬盘上，当其中有硬盘损坏时，通过RAID重构，恢复坏盘上的数据。

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图4-5 传统RAID数据保护技术

这类存储系统常用的RAID方式有RAID-0\\1\\5\\6等，其中可靠性最高的RAID-6最多只能支持2块硬盘同时发生故障。另外一方面，这类存储系统使用控制器执行RAID

数据存储，为了预防控制器故障，它们通常使用双控制器的方式来保证服务的可用性，但当2个控制器同时发生故障时，还是会导致服务中断。虽然这类系统还可以通过在多个节点间进行同步/异步的数据复制，进一步提高系统可靠性，但这会导致硬盘利用率很低，让用户承担较高的TCO（总体拥有成本）。 OceanStor 9000的数据保护技术，是建立在分布式、节点间冗余的基础上的。数据进入系统之后，首先被切分为N个数据条带，然后计算出M个冗余条带，并最终保存在N+M个不同的节点中。

图4-6 OceanStor 9000 N+M数据保护技术

由于同一条带的数据保存在不同节点中，所以OceanStor 9000存储系统中的数据不仅能支持硬盘级的故障，而且能够支持节点级的故障，保证数据不丢失。只要系统中同时故障的节点数不超过M，系统就可以持续提供服务。通过数据重构过程，系统可以恢复出损坏的数据，恢复整系统的数据可靠性。

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另外OceanStor 9000系统还提供一种N+M:B的保护方式，可以支持M个硬盘故障或者B个节点故障。这种保护方式在节点数量少于N+M的小容量系统中非常有效。 图4-7 OceanStor 9000 N+M:B数据保护技术

OceanStor 9000的数据保护方式与传统RAID相比，能达到类似于传统RAID在多节点数据复制的高可靠性，同时仍可保持N/(N+M)的高硬盘利用率。另外，在OceanStor 9000系统中，任意可用空间都可以作为“热备”空间使用，不需要像传统RAID那样预先划分独立的热备盘，因此可进一步提高存储利用率。

N+M详解

OceanStor 9000存储系统提供多种N+M（或者N+M:B）的冗余比配置，用户可根据业务需求在管理界面上进行配置。配置的范围可以是任意目录，对目录配置冗余后，目录下的文件都采用该冗余配比保存；用户甚至可以对目录与此目录下的子目录配置不同的冗余比。这意味着用户可以灵活多变地根据自己的实际需求来指定数据冗余，从而设置最适合的可靠性。

OceanStor 9000系统内的节点可划分为多个Node Pool（节点池），每个节点池的节点最少为3个，最多为20个，在部署和扩容时可根据需要来划分节点池。

在实际配置中，OceanStor 9000提供智能配置，用户只需要指定其数据的可靠性（支持几个节点同时故障，或者支持几块硬盘同时故障），即只需对目录/文件设置相应的+M（或者+M:B）即可。OceanStor 9000系统会根据系统当前Node Pool(节点池)的节点数量，自动选取最合适的冗余比。目前OceanStor 9000系统支持的M为1到4（当配置为+M:B时，B可选为1）。在不同的节点数目下，不同的配置对应的实际N+M（或N+M:B）如下表所示，其中括号内为存储利用率： 图4-8 OceanStor 9000 冗余配比对照表

配置 节点数 3 4 +1 +2 +3 +4 +2:1 +3:1 2+1(66%)3+1(75%)4+2:1(66%) 4+3:1(57%) 6+4:1(60%)4+2:1(66%)4+3:1(57%)4+2:1(66%) 4+3:1(57%) 6+4:1(60%)6+2:1(75%)8+3:1(72%)文档版本 01 (2015-06-27)

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4+1(80%)4+1(80%)6+1(85%)6+1(85%)8+1(88%)8+1(88%)8+1(88%)8+1(88%)12+1(92%)12+1(92%)12+1(92%)12+1(92%)16+1(94%)16+1(94%)16+1(94%)16+1(94%) 4+2:1(66%) 4+3:1(57%) 6+4:1(60%)8+2:1(80%)4+2(66%)4+3:1(57%)6+4:1(60%)8+2:1(80%)4+2(66%)4+3(57%)6+4:1(60%)12+2:1(85%)6+2(75%)4+3(57%)6+4:1(60%)12+2:1(85%)6+2(75%)6+3(66%)6+4:1(60%)16+2:1(88%)8+2(80%)6+3(66%)6+4(60%)16+2:1(88%)8+2(80%)8+3(72%)6+4(60%)16+2:1(88%)8+2(80%)8+3(72%)8+4(66%)16+2:1(88%)8+2(80%)8+3(72%)8+4(66%)16+2:1(88%)12+2(85%)8+3(72%)8+4(66%)16+2:1(88%)12+2(85%)12+3(80%)8+4(66%)16+2:1(88%)12+2(85%)12+3(80%)12+4(75%)16+2:1(88%)12+2(85%)12+3(80%)12+4(75%)16+2:1(88%)16+2(88%)12+3(80%)12+4(75%)16+2:1(88%)16+2(88%)16+3(80%)12+4(75%)16+2:1(88%)16+2(88%)16+3(84%)16+4(80%)16+2:1(88%) 12+3:1(80%) 12+3:1(80%) 16+3:1(84%) 16+3:1(84%) 16+3:1(84%) 16+3:1(84%) 16+3:1(84%) 16+3:1(84%) 16+3:1(84%) 16+3:1(84%) 16+3:1(84%) 16+3:1(84%) 16+3:1(84%) 16+3:1(84%) 16+3:1(84%) 16+3:1(84%) 4.2.2 技术原理

OceanStor 9000的分布式数据保护技术，是通过数据条带化和集群对象存储两项技术来实现的。

数据条带化

OceanStor 9000系统可以针对目录/文件配置不同的数据保护方式。不同的数据保护方式，是通过不同的数据条带化方式实现的。

使用Erasure Code(纠删码)方式时，写入OceanStor 9000系统的数据，会按照128KB或者16KB为一个条带，可以按照目录配置为128KB或者16KB，切分为多个原数据条带，然后对每N个原数据条带，计算得到M个冗余数据条带，最终这N+M个条带组成一个分条，写入到系统中。当系统出现故障，丢失了其中的某些条带时，只要一个分条中丢失的条带数目不超过M，就可进行正常的数据读写。通过数据恢复算法，丢失的条带可从剩余条带中计算得到。在这种方式下，空间的利用率约为 N/(N+M)，数据的可靠性由M值的大小决定，M越大可靠性越高。

使用镜像方式时，写入OceanStor 9000的数据也会按照128KB进行切片，不同的是，系统对每个原始数据条带，都按照复制的方式存储为多份，只要其中任意一份不损坏，就可进行正常地读写。执行数据恢复时，丢失的镜像数据直接从完好的数据中复制即可。同样，系统可以配置不同的镜像数目，以得到不同的空间利用率和数据可靠性。

集群对象存储系统

OceanStor 9000的分布式文件系统，是以底层的集群对象存储系统为基础的，文件系统的数据和元数据经过数据条带化后生成条带和分条，最终以对象的形式存储到硬盘中。以一个3+1方式保护的文件数据举例，如图4-9所示。

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其中纵向的虚线框代表不同硬盘，横向虚线框代表一个数据分条(Stripe)，每个分条落在单个硬盘上的部分我们称之为对象或者条带(Strip)。 图4-9 条带与对象

OceanStor 9000内部实现为一种基于对象的分布式存储系统。基于对象的存储是一种区别于传统的基于块的存储的新型存储，它具有高并发、高吞吐量等优点。OceanStor 9000的对象存储系统，是将系统中所有的设备格式化成对象存储设备后，通过网络连接组成的一个集群系统。

OceanStor 9000大数据存储系统，是保证系统中数据持久可靠的关键。它不间断的监视着系统内的节点、硬盘的状况。当有硬盘或者节点损坏时，集群对象存储系统会自动发现故障，并自动发起对象级别的数据恢复。这种对象级恢复只恢复真正的数据，不会像传统RAID那样进行全盘重构，因此具有更高的恢复效率。另外，在恢复过程中，受损的对象会选择不同的节点和硬盘作为恢复目标，并发地执行恢复过程，相对于传

统RAID只能恢复到一块热备盘上的方式，对象级的恢复可以达到非常高的恢复速度。 OceanStor 9000大数据存储系统，还具有动态负载平衡的功能。当它检测到有负载不均衡发生时，它会自动发起对象迁移，使系统重新达到负载均衡。在数据恢复过程中，它也会调整各节点的负载情况，为对象恢复选择合适的目标，防止出现IO瓶颈，保证数据恢复的速度。

4.2.3 技术特点

高效的数据保护技术

OceanStor 9000大数据存储系统采用的N+M数据保护技术 – InfoProtector，是华为公司的专利技术，此技术基于可靠的数学构造，并利用 Reed-Solomon 编码来提供冗余和可用性。它可以提供针对最多同时故障4个全节点的数据保护。并且硬盘故障时，InfoProtector确保将单个故障盘的重新构建时间缩至最短，在典型场景的6节点4+2冗余下恢复大文件时达到1TB数据只需要1小时恢复时间。

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