最普遍存在市場的2種分散式RAID技術,一個是源自LSI Engenio、目前屬於儲存系統廠商NetApp的Dynamic Disk Pools(DDP),另一個則是硬碟廠商Seagate發展的Autonomic Distributed Allocation Protection Technology(ADAPT),除了分別用在兩家廠商自身的產品,也透過OEM型式用在多家廠商的產品上,擁有跨品牌影響力,堪稱分散式RAID的兩大主流。
哪些儲存系統產品應用DDP技術?包括:NetApp自身的E與EF系列,聯想的ThinkSystem DE系列,富士通的Eternus AB與HB系列,還有Dell PowerVault早先的MD3系列。除通用型儲存陣列,Quantum的DXi系列備份儲存伺服器也採用DDP,IBM TS7700虛擬磁帶櫃的分散式RAID,應該也是源自DDP。
至於應用ADAPT技術的產品,則有Seagate自身的Exos與Nytro系列,以及Dell的PowerVault ME4與ME5系列,導入的產品雖然相對較少,但其中包含儲存界龍頭Dell,因而影響力不可小覷。
而在發展脈絡上,兩者正好是一老一新,DDP是2012年NetApp因併購LSI Engenio的E系列磁碟陣列產品線引進,是當前最老牌的分散式RAID技術之一。而Seagate ADAPT大約2019年才開始應用在儲存產品上,算是較晚近的分散式RAID技術。
因此,我們若能比較DDP與ADAPT之間的異同,也就等同於了解當前分散式RAID技術的主流架構型態與演變。
ADAPT的基本架構
ADAPT的基本運作單位是磁碟群組(Disk group),每個磁碟群組可包含最少12臺,最多128臺磁碟,群組中的磁碟必須是相同類型,但容量可有不同。
磁碟群組內所有磁碟的空間,都切為512KB大小的區塊(Chunk),以8個資料區塊+2個Parity區塊,構成1個4MB的Stripe,每個Stripe等同於1個8D+2P的RAID 6群組,擁有雙parity保護,每個區塊都分散在磁碟群組不同磁碟。而備用空間以1MB為單位,散布在磁碟群組所有磁碟的邏輯區塊定址(LBA)空間,提供相當於2臺磁碟容量的保留空間。接下來,再由連續的2,048個Stripe,組成1個Stripe zone。
最後,再將多個磁碟群組構成儲存池(Pool),用於提供給用戶端的Volume儲存區。
ADAPT在建立磁碟群組時,提供了兩種映射(mapping)模式:Linear、Virtual,前者是以固定區塊型式,由所有磁碟群組成員共同提供Volume空間;後者則是以虛擬的Page為單位來構成Volume,Page的最小單位為4 MB,等於1個Stripe的大小。
ADAPT的基本架構
ADAPT將磁碟群組中所有磁碟空間,切分為512KB的Chunk區塊,然後將每10個Chunk組成一個Stripe,接下來,以每2048個Stripe組成一個Stripe Zone。備用空間則以1MB為單位平均散布於所有磁碟。磁碟群組再以Page虛擬區塊形式,構成提供給用戶端的Volume。圖片來源/Dell
DDP的基本架構
DDP的基本運作單位則是儲存池(Pool),最小組態需求是11臺硬碟,無最大數量的限制,可向既有儲存池加入更多硬碟,但不能減少,而且儲存池中的磁碟,必須是相同類型與容量。
儲存池中的所有磁碟空間,都會畫分為一個個512 MB大小的D-Pieces區塊,由4,096個128KB連續的實體磁碟區段(segment)組成,其中一部分D-Piece區塊,會保留作為系統與Spare空間使用。接下來系統再以每10個D-Piece區塊為單位,組成1個D-Stripe,其中2個D-Piece作為Parity,剩餘8個D-Stripe用於存放資料,所以,每1個D-Stripe就相當於1個8D+2P的RAID 6群組。
DDP會透過演算法將每個D-Stripe所包含的D-Piece區塊,盡可能散布在不同硬碟上,以便提高效能與可靠性。
最後則是以D-Stripe為單位,來組成主機端需要的Volume,例如1個200 GB的Volume,便是由50個D-Stripe組成。
DDP的基本架構
DDP會將儲存池所有硬碟的空間,分為一個個512 MB大小的D-Piece區塊,每臺磁碟都會保留部分D-Piece作為備用空間,然後將散布在不同硬碟上的D-Piece,以每10個D-Piece為單位組成1個D-Stripe區塊群組,然後再以D-Stripe區塊群組構成供用戶端使用的Volume。圖片來源/Dell
兩種技術的差異
ADAPT與DDP的基本概念是一致的,能夠將所有群組包含的全部磁碟機空間分割為小區塊型式,所有資料、Parity與Spare空間,都以小區塊的形式分散到整個群組的所有磁碟機,如此不僅可以提升存取效能,對於磁碟機損壞時的資料重建效率,也能有效改善。
兩者的底層也同樣以8個資料區塊+2個Parity區塊,構成8D+2P的RAID 6 Stripe架構,都能提供等同於RAID 6、容許損壞2臺磁碟的容錯能力,有效空間比率也相當。
在重建的效率方面,依照兩家原廠提供的測試數據來看,比起傳統RAID 6,ADAPT與DDP都可提供10倍以上的重建速度。兩者的主要差別如下:
區塊虛擬化精細度不同
ADAPT虛擬化區塊切分得更精細、粒度更小,以512KB的Chunk為基本單位,而且,從底層實體磁碟,到最上層提供給用戶的Volume之間,區分為更多的虛擬化層級,包括Chunk、Stripe、Stripe Zone與Page等4層。
DDP最基本的虛擬化區塊則是512MB的D-Piece,比起ADAPT的Chunk,大了1,000倍。而且,從底層到Volume儲存區之間的虛擬化層級也較少,只有D-Piece與D-Stripe等2層。
ADAPT透過更精細、更小的虛擬化區塊,可減少磁碟失效時需要重建的資料量,加快重建速度;而更多層級的區塊虛擬化,可提供更彈性、效率更佳的空間運用,但架構也更複雜,對於控制器的運算處理負擔更大。在這樣的對比之下,DDP的架構則相對簡單許多。
擴展能力的差異
如前所述,DDP的儲存池最小門檻是11臺磁碟,最大磁碟數量無上限,有些文件也列出可擴充到384臺,甚至480臺磁碟以上的數字,但實際應用中的磁碟擴充上限,則與不同儲存陣列規格有關,儲存池的最大容量也依不同機型,而有2 PB、6 PB到12 PB的上限之分。
ADAPT的磁碟群組最小門檻是12臺磁碟,最大上限是128臺磁碟,儲存池容量上限為1PB,擴展上限較低。
不過,ADAPT的磁碟群組更具彈性,只要相同類型,但能允許不同容量,即使新增磁碟容量大於群組中原有磁碟,ADAPT也能充份使用這些額外容量。
整體來說,憑藉問世時間晚了7、8年的後發優勢,ADAPT區塊虛擬化技術比DDP更進步,使用上具有更大彈性,也能因應擴充時需混用不同容量磁碟的需求。
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