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什么是热备空间

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什么是热备空间

什么是热备空间

概念

存储系统通过预留热备空间提升系统可靠性。

存储系统中的热备份

当存储系统中的某块正在使用的硬盘发生故障后,存储系统将故障硬盘中的数据恢复到一块预留的空闲空间中,该方法即为热备份,这部分空闲空间即为热备空间,热备空间不存储任何用户数据。热备空间可以是一块物理硬盘,也可以是通过虚拟化技术分散在硬盘域同一层级的各成员盘上的空间。

热备空间的作用

为防止硬盘域成员盘失效造成性能降低,存储系统支持热备空间,用于承载失效成员盘中的数据。

什么是传统热备空间

传统热备空间,即全局热备盘是通过指定几块空闲硬盘作为热备盘的方式预留的热备空间。

华为OceanStor T系列V1存储系统即采用该方式预留热备空间。且仅支持全局热备盘(global hot spare),不能为特定的RAID组指定热备盘,即创建的热备盘可用于任何RAID组。当RAID组中的硬盘故障时,故障盘上的数据将在热备盘上重构,故障盘更换后,热备盘上的数据将自动恢复至新硬盘。

RAID 5和热备空间

通常有人认为RAID级别和热备空间容量之间存在联系,事实上,热备盘和RAID级别本身没有直接关系。

RAID 5是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的RAID级别。为保障存储数据的可靠性,采用循环冗余校验方式,并将校验数据分散存储在RAID组的各成员盘上。当RAID组的某个成员盘出现故障时,通过其他成员盘上的数据可以重新构建故障硬盘上的数据。

如所示,P0为D0、D1和D2的奇偶校验信息,P1为D3、D4和D5的奇偶校验信息,以此类推。RAID 5不对存储的数据进行直接备份,而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID 5的成员盘上,并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的硬盘上。当RAID 5的一个硬盘数据发生损坏后,利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息可以恢复被损坏的数据。

图1-1 RAID 5数据分布

假设一个RAID组中有N块硬盘,采用RAID 5级别时,RAID组中用于存储用户数据的硬盘数量为N-1,存储校验数据的硬盘数量为1,N为RAID组中硬盘总数。热备空间的作用相当于是在RAID组的成员盘以外再预留1块硬盘的空间,预留的热备空间和RAID组的可用容量没有关系,RAID组中用于存储用户数据的硬盘数量仍为N-1。因此无论是否预留了热备空间,采用RAID 5级别时,都最多只允许坏1块盘。

RAID 10和热备空间

通常有人认为RAID级别和热备空间容量之间存在联系,事实上,热备盘和RAID级别本身没有直接关系。

RAID 10是将镜像和条带进行两级组合的RAID级别,即RAID 0+RAID 1的组合形式,第一级是RAID 1,第二级是RAID 0。RAID 10是存储性能和数据安全兼顾的方案。它在提供与RAID 1一样的数据安全保障的同时,也提供了与RAID 0近似的存储性能。

图1-2所示,Disk 0和Disk 1组成一个子组0,Disk 2和Disk 3组成一个子组1,子组内的硬盘互为镜像。系统向硬盘发出I/O数据请求时,原先顺序的数据请求按照RAID 0的方式,被分散到两个子组中并行执行,同时通过RAID 1的方式,系统在向硬盘Disk 0写入数据的同时把数据自动复制到硬盘Disk 1上,向硬盘Disk 2写入数据的同时把数据自动复制到硬盘Disk 3上。

图1-2 RAID 10数据分布

假设一个RAID组中有N块硬盘,采用RAID 10级别时,RAID组中用于存储用户数据的硬盘数量为N/2,存储校验数据的硬盘数量为N/2,N为RAID组中硬盘总数。热备空间的作用相当于是在RAID组的成员盘以外再预留1块硬盘的空间,预留的热备空间和RAID组的可用容量没有关系,RAID组中用于存储用户数据的硬盘数量仍为N/2。因此无论是否预留了热备空间,采用RAID 10级别时,都最多只允许坏N/2块盘。

华为RAID2.0+技术下的热备空间

RAID2.0+技术是华为技术有限公司针对传统RAID的缺点,在新一代(虚拟化、混合云、精简IT和低碳等)存储系统上设计的一种满足存储技术虚拟化架构发展趋势的全新的RAID技术。

RAID2.0+采用了块虚拟化技术,动态分配存储池中的资源,从而提升数据的读写速度,缩短硬盘故障后的重构时间。

图1-3 块虚拟化过程
  1. 存储系统所有硬盘划分为多个硬盘域,每个硬盘域可以由多块相同或不同类型的硬盘组成。硬盘域的硬盘类型决定了存储池可以创建的存储层级。
  2. 存储系统将各存储层的存储介质划分为固定大小的CHUNK。
  3. 每一个存储层的CHUNK按照用户在DeviceManager上设置的“RAID策略”和“热备策略”组成CHUNK group和热备空间。

RAID2.0+会根据热备策略自动在硬盘域中自动预留相应的热备空间,当硬盘上某一CK(CHUNK,硬盘上划分的连续的固定大小的物理空间)故障时,系统将使用热备空间顶替故障的CK,并通知CKG(CHUNK Group,由不同硬盘的CK组成具有RAID属性的逻辑集合)中其他CK向该热备空间进行数据重构,实现系统的快速自愈合,以保证数据的安全性和读写性能不受影响。

RAID 2.0+和RAID 1.0的热备,最大的区别在于RAID 1.0采用单独的热备盘,专盘专用,不用时闲置;RAID 2.0+没有单独的热备盘,热备空间分散在所有成员盘上,是一块独立保留的“空闲空间”。RAID 2.0+技术下重构更快(RAID 1.0只有一块硬盘参与重构,RAID 2.0+是硬盘域中所有硬盘参与重构),典型场景下,重构速度是RAID 1.0的十倍以上。

热备空间的计算(华为RAID 2.0+)

OceanStor V3/V5系列存储系统热备空间的计算方法

华为OceanStor V3/V5系列存储系统支持如下热备策略:
  • 存储层硬盘数小于等于12块时使用一块硬盘的容量作为热备空间。随着硬盘数量的增加,热备空间的容量呈非线性增加。

  • 存储层硬盘数小于等于25块时使用一块硬盘的容量作为热备空间。随着硬盘数量的增加,热备空间的容量呈非线性增加。

    低热备策略下,热备空间占用的硬盘数量=高热备策略下热备空间占用的硬盘数量/2,并向上取整。

  • 无(18000系列/18000F系列存储系统不支持)

    系统不提供热备空间。当硬盘域成员盘失效时,系统会占用硬盘域的空闲容量进行重构。若硬盘域的空闲容量不足,系统会占用存储池中未分配的容量空间进行重构。若重构失败,硬盘域将降级,读写性能下降,影响存储系统的可靠性。

    对于V300R006C50和V500R007C30及之前版本,热备空间的容量(单个引擎)随硬盘数增加的变化情况如表1-1所示。此处以一个存储层的变化情况为例,不同类型存储层的热备空间容量变化情况相同。

    表1-1 热备空间容量的变化情况(单个引擎)

    硬盘数(块)

    高热备策略下热备空间占用的硬盘数量(块)a

    低热备策略下热备空间占用的硬盘数量(块)a

    (1, 12]

    1

    1

    (12, 25]

    2

    (25, 50]

    3

    2

    (50, 75]

    4

    (75, 125]

    5

    3

    (125, 175]b

    6

    (175, 275]

    7

    4

    (275, 375]

    8

    ……

    a:由于存储系统采用RAID 2.0+底层虚拟化技术,热备空间的容量分散在硬盘域同一层级的各成员盘上,为便于理解,此处将热备空间容量转换为硬盘块数。

    例如,若某硬盘域由12块SSD盘组成,采用高热备策略,则其热备空间占用的容量为1块SSD盘的容量,并且该容量分散在各成员盘上。若该硬盘域由13块SSD盘组成,采用高热备策略,则其热备空间占用的容量为2块SSD盘的容量。其它情况请以此类推。

    b:当硬盘数量增加到175块以后,高热备策略下,存储层每增加100块硬盘便增加一块硬盘的容量作为热备空间。

    对于V300R006C60和V500R007C50及后续版本,热备空间的容量(单个引擎)随硬盘数增加的变化情况如表1-2所示。此处以一个存储层的变化情况为例,不同类型存储层的热备空间容量变化情况相同。

    表1-2 热备空间容量的变化情况(单个引擎)

    硬盘数(块)

    高热备策略下热备空间占用的硬盘数量(块)a

    低热备策略下热备空间占用的硬盘数量(块)a

    (1, 12]

    1

    1

    (12, 25]

    2

    (25, 125]b

    3

    2

    (125, 325]

    4

    ……

    a:由于存储系统采用RAID 2.0+底层虚拟化技术,热备空间的容量分散在硬盘域同一层级的各成员盘上,为便于理解,此处将热备空间容量转换为硬盘块数。

    例如,若某硬盘域由12块SSD盘组成,采用高热备策略,则其热备空间占用的容量为1块SSD盘的容量,并且该容量分散在各成员盘上。若该硬盘域由13块SSD盘组成,采用高热备策略,则其热备空间占用的容量为2块SSD盘的容量。其它情况请以此类推。

    b:当硬盘数量增加到125块以后,高热备策略下,存储层每增加200块硬盘便增加一块硬盘的容量作为热备空间。

    说明:
    • 对于在V300R006C60和V500R007C50之前版本创建的硬盘域,当存储系统升级至V300R006C60和V500R007C50及后续版本时,硬盘域热备空间占用的容量将按照表1-2中的规则重新计算。
    • 表中左侧所列的硬盘数是指来自同一个引擎的同类型硬盘数。如果创建硬盘域时所选硬盘来自多个引擎,则热备空间占用的硬盘数量需要根据每个引擎单独计算并求和。
    • 对于18000系列/18000F系列存储系统,默认使用高热备策略,不支持在DeviceManager为存储层配置热备策略。如果要修改热备策略,则只能通过CLI执行change disk_domain general命令修改。
    • 创建硬盘域时,请保证有足够的硬盘提供热备空间。
    • 热备空间只能用于当前硬盘域中,不能用于其它硬盘域。
    • 这里仅列举了常见的热备空间容量变化情况,存储系统所支持的硬盘数以及相应的热备空间容量请以实际为准。

OceanStor Dorado V3系列存储系统热备空间的计算方法

存储系统支持热备空间,用于承载失效成员盘中的数据,以保证存储系统能够更加稳定地运行。存储系统支持如下热备策略:

  • 存储系统硬盘数小于等于12块时使用一块硬盘的容量作为热备空间。随着硬盘数量的增加,热备空间的容量呈非线性增加。

  • 存储系统硬盘数小于等于25块时使用一块硬盘的容量作为热备空间。随着硬盘数量的增加,热备空间的容量呈非线性增加。

  • 系统不提供热备空间。当硬盘域成员盘失效时,系统会占用硬盘域的空闲容量进行重构。若硬盘域的空闲容量不足,系统会占用存储池中未写入数据的空间进行重构。若重构失败,硬盘域将降级,读写性能下降,影响存储系统的可靠性。

    对于V300R002C00版本,每个成对控制器的热备空间容量随硬盘数增加的变化情况如表1-3所示。

    表1-3 热备空间容量的变化情况

    硬盘数(块)

    高热备策略下热备空间占用的硬盘数量(块)a

    低热备策略下热备空间占用的硬盘数量(块)a

    [8,12]

    1

    1

    (12,25]

    2

    (25,50]

    3

    2

    (50,75]

    4

    (75,125]

    5

    3

    (125,175]

    6

    (175,275]

    7

    4

    (275,300]

    8

    4

    a:由于存储系统采用RAID 2.0+底层虚拟化技术,热备空间的容量分散在硬盘域的各成员盘上,为便于理解,此处将热备空间容量转换为硬盘块数。

    例如,若某硬盘域由12块SSD盘组成,采用高热备策略,则其热备空间占用的容量为1块SSD盘的容量,并且该容量分散在各成员盘上。若该硬盘域由13块SSD盘组成,采用高热备策略,则其热备空间占用的容量为2块SSD盘的容量。其它情况以此类推。

    说明:
    • 创建硬盘域时,请保证有足够的硬盘提供热备空间。
    • 热备空间只能用于当前硬盘域中,不能用于其它硬盘域。
    • 表1-3中列举了常见的热备空间容量变化情况,存储系统所支持的硬盘数以及相应的热备空间容量请以实际为准。

    对于V300R002C10及后续版本,每个成对控制器的热备空间容量随硬盘数增加的变化情况如表1-4所示。

    表1-4 热备空间容量的变化情况

    硬盘数(块)

    高热备策略下热备空间占用的硬盘数量(块)a

    低热备策略下热备空间占用的硬盘数量(块)a

    [8,12]

    1

    1

    (12,25]

    2

    (25,75]

    3

    2

    (75,300]

    3

    a:由于存储系统采用RAID 2.0+底层虚拟化技术,热备空间的容量分散在硬盘域的各成员盘上,为便于理解,此处将热备空间容量转换为硬盘块数。

    例如,若某硬盘域由12块SSD盘组成,采用高热备策略,则其热备空间占用的容量为1块SSD盘的容量,并且该容量分散在各成员盘上。若该硬盘域由13块SSD盘组成,采用高热备策略,则其热备空间占用的容量为2块SSD盘的容量。其它情况以此类推。

    说明:
    • 创建硬盘域时,请保证有足够的硬盘提供热备空间。
    • 热备空间只能用于当前硬盘域中,不能用于其它硬盘域。
    • 表1-4中列举了常见的热备空间容量变化情况,存储系统所支持的硬盘数以及相应的热备空间容量请以实际为准。
    • 对于从V300R002C00或之前版本升级至V300R002C10及后续版本的存储系统,在升级前创建的硬盘域的热备空间容量仍按照升级前版本的规则计算,而在升级后新创建的硬盘域的热备空间容量将按照升级后版本的规则进行计算。
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更新时间:2019-07-05

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