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如何从存储故障中学习经验
出处:存储时代 加入时间:2007-12-09

关键字:文件系统 NFS RAID PDSI Panasas SAN


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       去年10月,Carnegie Mellon大学的计算机科学家Garth Gibson接收我们的采访。他在RAID和技术方面颇有建树,并且领导着一个名为PDSI(Petascale Data Storage Institute)的项目。PDSI研究人员所发现的主要问题正是计算机现在所面临的挑战。

  现在,在一年以后,我们再次联系了Gibson,看看PDSI是否解开了计算机面临的难题,并且了解PB级存储最新的发展情况。

  建立一个新标准

  Gibson是大型存储领域里领先的厂商——Panasas的创始人兼CTO,他表示,“2007年,对于企业或者科研计算的大规模用户来说,存储领域内发生的最重要的事情就是Parallel NFS标准草案的完成。”他表示希望这份草案能够在12月2号的会议上提交给Internet Engineering Task Force。“它将创造一个多来源、竞争性的、标准的文件系统,这个系统将能够达到PB级系统的要求。” Gibson表示。他还表示到目前为止,可扩展的文件系统还没有一个开放的标准。“所以它为解决方案创造了新的机遇。”

  标准是下一代的NFS,也称为NFS 4.1。顾名思义,它是用来取代4.0版本的,“所以你可以象原来一样继续使用NFS4.0,同时开始体验新的功能。”

  一些企业需要高性能、可扩展的存储系统,却又对私有系统数十万美元的高额投入,经常需要进行的升级心存畏惧,Gibson表示他相信新的开放标准将会最终提高投资汇报率。

 

  介质故障补偿

  为了发现计算机故障的原因,并降低大型存储系统的故障率--而且要在不牺牲速度并且不提高价格的前提下--磁盘驱动器厂商不断做出改进,研究人员也在不懈努力。

  "企业意识到了这个问题,他们正在着手提高他们存储系统的容错能力," Gibson表示。他们采取的措施包括更快的修复系统,海量并行数据重建,增加对检查点(checkpointing)、完整性代码和错误修正的代码来应对更多不同类型的故障,并且将容错RAID的磁盘数量增加了1到2倍。而Gibson却小心翼翼,避免评价这些措施中哪些更为重要,他只是表示提供更强大的纠错机制是一种总体趋势(虽然这种趋势已经出现好几年了)。

  Gibson表示,重要而且非常值得注意的事情是,总的目标是要获得更好的可靠性。可问题在于,"我们在系统中使用的磁盘数量--即使是更为可靠的磁盘--以及我们在磁盘中存储的数据的数量在过去10年里有了飞速的增长,这就增加了故障。

  企业和研究人员特别关心的指标是介质故障率,它也被称为无法校正的读取错误或者潜在的介质故障,只要磁盘表面有十亿分之一的面积无法读取,就会出现这种故障。尽管这种现象不常出现(Gibson表示遇到介质故障的概率大约为每读取10到100 TB数据会遇到1次),但是它确实不时出现,特别是当你处理PB级系统的时候,而且可能造成非常大的问题。

  例如,Gibson这样描述这种情况:

  "让我们假设你在一个RAID中有14块磁盘,其中之一出现了故障。你现在需要读取13块磁盘上的全部内容,这些磁盘的容量可能有1TB。这意味着你在重建的过程中必须读取13TB的数据量。平均读取10到100 TB的数据会遇到1次介质故障。这就意味着在对低质量驱动器进行重建的过程中,你很有可能什么都无法读取。起码有一个扇区无法读取。即使对于高质量驱动器来说,平均在10次重建当中,会有1次遇到这样的问题。

  "如果你在重建过程中,无法读取某个扇区,即使你只丢失了十亿分之一的数据,你的重建都会失败。今天的文件系统对于重建失败无能为力。你只能让它们离线,然后打电话叫厂商来……然后厂商的技术人员赶来,他们必须找出是哪个扇区出现了问题,想办法修复它。

  那么,为什么厂商不能进一步降低、消除或者抵偿潜在的介质故障呢?Gibson表示,问题在于"市场希望花同样的代价获得更多的信息。"但是要实现这一点,厂商们"必须提高存储密度。而且如果它们不是必须帮你找回正确的数据,虽然它们可以做地非常快。所以它们无法返回正确数据的比例是它们所面临的一个局限,限制了它们提高容量的速度,也限制了它们在同等价格下为你提供保存更多数据的能力。

  厂商可以让比特结合地更紧密,"但是,如果他们这样做," Gibson表示,"无法读取数据的情况就会增多。所以他们把这一比例锁定在勉强可以接受的程度上。

  结果是,包括Panasas(它计划在今年秋天的晚些时候,就这个问题进行一次重大的发布)在内的大型存储厂商,都在努力发明新的保护机制。在出现介质故障的时候,将故障隔离开,这对企业来说是个重大的消息,也是非常受人欢迎的好消息。(为了进行类比,你可以想象一下在圣诞节的时候你在圣诞树上缠绕的彩灯。通常情况下,起码是在过去,如果一盏灯坏了,整个的一条彩灯都不亮了,直到你找到那个坏了的灯,把烧坏了的灯泡换掉,它们才会重新闪烁起来。现在想象一下,如果有一个灯泡坏了,其他的彩灯还能亮的情况吧。从本质上说,这就是存储厂商目前想做的事情,虽然规模要大得多。)

 

  从失败中学习

  PB级数据存储世界里另一个重大的发展是Computer Failure Data Repository的建立,最终用户(到目前为止,只有政府资助的超级计算机站点可以)发布他们故障数据的记录,方便别人检查并且研究。这些信息非常重要,Gibson表示,"因为提高系统质量的正确方法是真正理解它们失败的原因,了解它们故障的模式。

  尽管计算机已经出现很长时间了,"可绝大部分计算机科学家都对计算机而不仅仅是存储失败机制知之甚少。" Gibson表示。

  因为厂商通常厌恶,或者无法分享失败数据,Computer Failure Data Repository则是依靠最终用户,例如Los Alamos National Laboratory、Pacific Northwest National Laboratory、Lawrence Berkeley Lab和National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC)来提供数据。Los Alamos已经提供了一个失败列表,其中列举了该实验室中23个不同的集群在9年的时间里出现的各种故障,这对研究人员来说非常有帮助。

  Gibson表示,希望通过了解大型(甚至更小一些规模)的计算系统或集群为什么,以及如何失败的,厂商能够开发出一些技术来减少或者消除失败现象,帮助他们建设更大、更快、更有效而且也更为可靠的计算机和存储系统,以市场能够承受的价格提供给用户。

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