存储专家剖析：RAID 6 探秘

过去几年来，RAID 6 不断推广，已成为购买 RAID 控制器时必须考虑的一项特性。本文将探讨人们对该技术兴趣不断提高背后的一些原因，说明有的原因是合理的，而有的则是盲信，并将给出具体模型与实施实例，分别说明其优缺点，为分析问题、明确解决方案奠定坚实的基础。
从最基本的角度来说，RAID 就是指一组磁盘关联和相对应的数据布局，在某些组件发生读取错误的情况下仍能确保从系统检索到数据。RAID 0 是基础条带化模型，不支持任何冗余，因此可最优化系统性能，但在数据故障情况下不能恢复数据。RAID 5 设计旨在从单次数据故障中恢复数据，通过添加一个冗余校验盘（“P”盘即奇偶校验盘），作为对等数据 XOR 计算，从而实现数据恢复功能。从数学角度来说，我们把数据恢复可看作只有一个未知变量（也就是因读取故障丢失的数据）的线性方程式，并能通过基础代数方法轻松解出任何线性方程。
RAID 6 扩展了 RAID 5 的功能，可在同一数据集上恢复两个数据错误。从数学角度来说，RAID 5 使用一个方程式解出一个未知变量，而 RAID 6 则能通过两个独立的线性方程构成方程组，从而恢复两个未知数据。第一个方程与 RAID 5 机制一样，也是通过添加P盘实现的，而第二个方程则有所不同，将创建一个 Q 盘，因此 RAID 6 又称作“P+Q”盘机制。
从理论上说，这种回归计算可以无限延伸，可创建任意类型的 M+N 冗余，但实际应用通常仅限于 N=2，也就是说数据条带上同时发生两个不同的故障，这也就是RAID 6 所要解决的主要问题。
为什么需要 RAID 6？
RAID 5可独立解决磁盘不能检索数据的两种情况：
• 一个磁盘损坏，也就是说不能对任何读写命令做出响应，需要更换。RAID 5 能从保存的对等数据中恢复所有数据，重建缺陷磁盘。
• 磁盘组本身没问题，但其中一个磁盘上出现了坏块（即不能读取的块），造成某些数据不能恢复。
请注意，从数学角度说，每个磁盘的平均无故障时间 (MTBF) 大约为 50 万至 150 万小时（也就是每 50～150 年发生一次硬盘损坏）。实际往往不能达到这种理想的情况，在大多数散热和机械条件下，都会造成硬盘正常工作的时间大幅减少。考虑到每个磁盘的寿命不同，阵列中的任何磁盘都可能出现问题，从统计学角度说，阵列中 N 个磁盘发生故障的机率比单个磁盘发生故障的机率要大 N 倍。结合上述因素，如果阵列中的磁盘数量合理，且这些磁盘的平均无故障时间 (MTBF) 较短，那么在磁盘阵列的预期使用寿命过程中，就很有可能发生磁盘故障（比方说每几个月或每隔几年就会发生一次故障）。
两块磁盘同时损坏的几率有多大呢（“同时”就是指一块磁盘尚未完全修复时另一块磁盘也坏掉了）？如果说 RAID 5 阵列的MTBF相当于MTBF^2，那么这种几率为每隔1015个小时发生一次（也就是1万多年才出现一次），因此不管工作条件如何，发生这种情况的概率是极低的。从数学理论角度来说，是有这种概率，但在现实情况中我们并不用考虑这一问题。不过有时却是会发生两块磁盘同时损坏的情况，我们不能完全忽略这种可能性，实际两块磁盘同时损坏的原因与MTBF基本没有任何关系。
读取错误（不能恢复的ECC读取错误）从统计角度来说也比较少见，一般来说是指读取多少位后会出现一次读取错误。就 SCSI/ FC/ SAS 磁盘（SAS 是本文的重点，但同样的量化说明适用于所有这三种技术）来说，发生读取错误的几率为每读取10^15位（也就是约100TB）到10^16位（约 1000TB 或 1PB），会出现一次错误。我们把这一几率称作误码率 (BER)。
不过，SATA 磁盘的错误率要大一些，其 BER 比其它类型的磁盘要高出一两个数量级（即其BER为每读取10^14到10^15位出现一次错误，或者说每读取10/100TB 出现一次错误，具体取决于磁盘设计）。如果 SATA 磁盘容量为1TB，完整读取磁盘十次，就会发现新的故障块（假定这里的 BER 为每读取10^14位出错一次）。存储相同数据的相应两个块同时出现问题几乎是不可能的，几率为每读取 10^30 位发生一次。
然而，如果一个问题由于 MTBF 引起，另一个问题由于读取错误引起，这样两个错误同时发生的几率有多大？假设我们有 10 个 SAS 磁盘组成的阵列，每个磁盘容量为 300GB，BER为每读取10^-15 位出错一次，那么我们在重建磁盘时发生读取错误的可能性有多大？
计算方法如下： 10^15（位）X 1/8 （字节/位）X 1/10 （磁盘）X 1/300GB，从而得到每 50 次重建就会出现一次。这种几率还是比较大的，但并不足以让人震惊，要是磁盘阵列在使用寿命中要发生50次故障的话，那才真成了问题！不过，上述几率在统计学上还是有意义的，我们可以换一种方式来理解，也就是说，如果我们出售50款与上述配置一样的阵列，那么至少其中一个会出现上述严重问题。这种几率也不算高，但要是客户安装上百个阵列的话，问题就比较严重了。不过，有的SAS磁盘的BER比我们这里假定的情况要好上10倍，因此问题可以大大化解。
如果使用 SATA 会有什么情况呢？磁盘容量越大，问题就越严重！
磁盘的BER会较差，造成问题的严重性。假定同样有上述10个磁盘组成阵列，但每个磁盘容量为500GB，BER为读取10^-14位出错一次，那么计算如下：10^14 X 1/8 X 1/10 X 1/500GB，得出每 2.5 次重建就会出一次严重问题，这就要引起我们的高度重视了。我们这里所谈的是5TB容量的阵列，尽管这种阵列还不太常见，但完全是当前技术可以达到的水平。这就是说，这种容量大小的阵列每 2.5 个中，就有一个阵列会出现每次重建就发生块

储备良师  发表于: 2009-11-26