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如何在 Data ONTAP 中實施 RAID-DP

與 NVRAM 和 WAFL 緊密集成

在 Data ONTAP 中實施 RAID-DP 與 NetApp NVRAM 和 NetApp WAFL?(任意位置寫入文件布局)緊密相關(guān)。這是通過 RAID-DP 獲得優(yōu)于其他 RAID 6 實施的卓越性能的關(guān)鍵所在。

因為寫入內(nèi)存的速度遠遠快于寫入磁盤，所以存儲系統(tǒng)供應(yīng)商通常使用電池后備、非易失性 RAM (NVRAM) 來緩存寫入并提高寫入性能。NetApp 在其所有存儲系統(tǒng)中都提供 NVRAM，但是 NetApp Data ONTAP 操作環(huán)境使用 NVRAM 的方式明顯不同于典型的存儲陣列。

NVRAM 用作 Data ONTAP 自上個一致點接收的寫入請求的日志。每隔幾秒鐘，Data ONTAP 就會創(chuàng)建一個稱為一致點的特殊 Snapshot? 副本，即磁盤上文件系統(tǒng)的完全一致映像。因為 Data ONTAP 絕不會覆蓋現(xiàn)有磁盤塊，所以即使在向磁盤寫入新塊時，一致點也會保持不變。憑借此方法，當(dāng)發(fā)生故障時，Data ONTAP 只需恢復(fù)到最近的一致點，然后回放來自 NVRAM 的寫入請求的日志。

相對于傳統(tǒng)的存儲陣列，這是 NVRAM 一個非常不同的使用方式，即在磁盤驅(qū)動程序?qū)泳彺鎸懭胝埱�，這樣可帶來以下幾項優(yōu)勢：減少所需的 NVRAM 數(shù)量、縮短對編寫程序的響應(yīng)時間并支持優(yōu)化寫入磁盤。

優(yōu)化寫入：RAID 4

此緩存寫入方法與 NetApp RAID 實施緊密集成，并且支持 NetApp 對寫入進行計劃，以確保針對底層 RAID 陣列優(yōu)化磁盤寫入性能。在介紹 RAID-DP 之前，我將首先說明 NetApp 如何針對 RAID 4 實施優(yōu)化此流程。

RAID 陣列通過條帶管理數(shù)據(jù)，其中一個條帶由 RAID 組的每個磁盤中的一個塊組成。對于每個條帶，指定一個塊作為奇偶校驗塊。圖 1 顯示了使用水平奇偶校驗的傳統(tǒng) RAID 4 組，由四個數(shù)據(jù)磁盤(前四個標(biāo)為“D”的列)和一個奇偶校驗磁盤(最后一個標(biāo)為“P”的列)組成。

圖 1) RAID 4 奇偶校驗示例。

在本示例中，為了便于演示，計算奇偶校驗的方式為將每個水平條帶中的值相加，然后將所得之和存儲為奇偶校驗值 (3 + 1 + 2 + 3 = 9)。在實際操作中，將使用異或 (XOR) 運算方式計算奇偶校驗。

如果需要從單個故障中重建數(shù)據(jù)，那么只需反向執(zhí)行用于生成奇偶校驗的流程。例如，如果第一個磁盤發(fā)生故障，RAID 4 會根據(jù)其余磁盤的數(shù)據(jù)重新計算磁盤 1 的每個塊中的數(shù)據(jù);在本示例中，只需從存儲的奇偶校驗值中減去其余磁盤的值 (9 - 3 - 2 - 1 = 3)。這也解釋了為什么單奇偶校驗 RAID 只能在單個磁盤出現(xiàn)故障時起到防護作用。您會發(fā)現(xiàn)，如果缺少兩個值，則沒有足夠的信息來重新計算缺少的值。

在典型的 RAID 實施中，為了將新數(shù)據(jù)寫入已包含數(shù)據(jù)(和奇偶校驗)的條帶，您必須讀取奇偶校驗塊并計算該條帶的新奇偶校驗值，然后才能寫入數(shù)據(jù)塊和新奇偶校驗塊。對于要寫入的每個塊，這是一筆很大的開銷。

NetApp 通過盡可能地在內(nèi)存中緩存寫入(通過 NVRAM 中的日志提供保護)，然后寫入完整的 RAID 條帶和奇偶校驗來減少這方面的損失。這樣一來，在寫入之前就無需讀取奇偶校驗數(shù)據(jù)，并且還支持 WAFL 針對完整的數(shù)據(jù)塊條帶執(zhí)行單奇偶校驗計算。(確切的塊數(shù)目取決于 RAID 組大小。)由于在現(xiàn)有塊被修改時，WAFL 絕不會覆蓋現(xiàn)有塊并且它可以將數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)(描述數(shù)據(jù)組織方式的說明信息)寫入任意位置，因此上述目標(biāo)可以實現(xiàn)。而在其他數(shù)據(jù)布局中，修改過的數(shù)據(jù)塊一般會被覆蓋，并且元數(shù)據(jù)通常需要位于固定位置。