宏杉科技针对传统RAID缺陷推CRAID 3.0

转自：http://storage.it168.com/a2015/0727/1749/000001749523.shtml

【IT168 评论】作为一种成熟、可靠的硬盘系统数据保护标准，RAID技术自诞生以来一直作为存储系统的基础技术而存在。但是随着近年数据呈现爆炸式增长趋势，传统RAID逐渐暴露出越来越多的问题。

　　硬盘故障导致数据丢失时，RAID重构的进程会占用系统的资源，导致应用系统整体性能下降，同时重构的时间漫长，会出现故障或错误，极大地增加数据丢失的风险。另一方面，传统RAID受限于硬盘数量，无法满足企业对资源统一灵活调配的需求，同时数据重构时影响数据的读写性能，那么怎么来提供数据的读写性能呢?

　　作为国内为数不多的能够在技术上跟国外存储厂商并驾齐驱的厂商，宏杉科技针对传统RAID的以上问题，提出了全新的CRAID算法。

　　一.独具匠心的CRAID3.0

　　CRAID技术是宏杉科技针对传统RAID的缺陷，在传统RAID技术之上的革新。CRAID1.0提升了故障硬盘的重建效率;CRAID2.0允许RAID组中任意坏三块盘，数据不丢失;CRAID3.0提升了数据读写性能和减少了重建时间。

　　CRAID1.0技术，主要是将组建好的RAID组分割为数千甚至上万个小单元进行精细化管理(也即是Cell)，提升了故障硬盘的重建效率，提高了系统可靠性。在此基础上，宏杉科技又推出了CRAID2.0技术，采用全新的RAID算法和三重校验机制，可以在一个RAID组中任意坏三块盘的情况下保证数据的不丢失，业务不中断。

　　2015年，宏杉科技又独具匠心在CRAID1.0和CRAID2.0的基础上，推出了最新的RAID概念--CRAID3.0技术。将CRAID1.0和CRAID2.0一层虚拟化管理的模式变为两层虚拟化管理模式，在具备前二种CRAID技术优势的前提下，以数据块为单元管理数据，提升数据读写性能和减少重建时间。

　　图1 CRAID 3.0

　　二.CRAID 3.0是这样“炼成”的!

　　2.1 CRAID3.0基本原

　　宏杉科技CRAID3.0采用底层硬盘管理和上层资源管理两层虚拟化进行管理的模式，每个硬盘空间被划分成一个个小粒度的数据块，在这些数据块的基础上来构建RAID组，使得数据均匀地分布到存储池的所有硬盘上，同时，以数据块为单元来进行资源管理，大大提高了资源管理的效率。

　　1) 每个硬盘被切分成固定大小的数据块(Chunk，也叫CK)。存储系统将不同硬盘的Chunk(CK)按照RAID算法组成Chunk Group(DCG);

　　图2 Chunk和DCG

　　2)DCG被划分为固定大小的存储单元Cell， Cell是构成LUN的基本单位。一个存储池基于指定的一个硬盘域创建，可以从该硬盘域上动态的分配Chunk(CK)资源，并按照每个存储层的"RAID策略"组成DCG向应用提供具有RAID保护的存储资源。

　　图3 CRAID 3.0技术原理图

　　3)支持RAID 0、1、5、6、10等RAID级别，但是必须是相同的RAID建立一个存储池。

　　2.2 CRAID 3.0实现框架

　　CRAID 3.0的实现框架如下图所示：

　　存储系统层由同一类型硬盘组成，不同层级支持不同类型的硬盘：构成高性能层的SSD硬盘，构成性能层的SAS硬盘和构成容量层的SATA硬盘。

　　每一个存储层的Chunk按照用户设置的"RAID策略"来组成Chunk Group(DCG)，用户可以为存储池(Storage Pool)中的每一个存储层分别设置"RAID策略"。

　　存储系统会将Chunk Group(DCG)切分为更小的Cell。Cell作为数据迁移的最小粒度和构成LUN的基本单位。

　　若干Cell组成对外体现为主机访问的LUN。在处理用户的读写请求以及进行数据迁移时，LUN向存储系统申请空间、释放空间、迁移数据都是以Cell为单位进行的。

　　三、看看CRAID 3.0优势都有啥?

　　相比传统RAID技术，CRAID技术在数据安全、系统性能和空间利用率方面都有了明显提高，主要体现如下几方面：

　　允许任意三块盘故障：CRAID技术不拘泥于传统，采用全新的算法和三重数据校验机制，提供更高的数据安全机制，允许在同一个硬盘组中任意三块硬盘同时发生完全物理故障，数据不丢失，业务不中断。在更换三块新硬盘后，支持并行重建。

　　性能负载分摊：CRAID技术采用分散数据块技术，前端主机上的逻辑卷来自于硬盘组中所有硬盘，数据的IO读写压力在硬盘组中实现了所有硬盘均衡分摊，不存在硬盘热点，大幅提升IO读写性能。

　　空间利用率高：传统的RAID5/6技术仅含1/2块校验盘。RAID1/10技术通过镜像原理，可允许RAID组中一半硬盘发生故障，数据不丢失，但硬盘空间利用率只有50%。CRAID技术采用N+1/2/3模式，用户可自由指定校验盘的数量，在提升了数据安全的同时，也提高了硬盘空间利用率。

　　快速重建：针对小块数据的损坏，直接利用资源池中预留的空白Chunk进行快速重建。当预留的空白Chunk使用完以后，仍有数据块发生故障，系统将发生故障的Cell数据直接替换到预留的空白Cell单元上，瞬间完成Cell的替换，保障数据不丢失。同时，基于分散数据块技术，当硬盘组中一块硬盘发生故障，硬盘组中所有硬盘参与并发重建，重建数据流的写带宽不再是性能瓶颈，重建速度进一步提升。

　　局部重建：不采用热备盘顶替，只对原盘发生变化的部分进行重建。这适用于硬盘未损坏，但发生过闪断或人为误操作造成的短暂硬盘失效。比如硬盘在短时间内被拔出又插回，可只重建硬盘不在位时所变化的数据，重建时间短。这种方式，相比于传统RAID机制，极大降低RAID组性能受影响程度。

　　优化重建：仅重建被LUN使用的Cell，未使用的Cell不重建。重建调度时，优先重建存在介质错误的Cell，然后再使用拷贝的方式重建其他Cell，以尽可能的避免该Cell所处的其它硬盘发生故障导致的Cell损坏。支持多重重建，可同时重建多个故障硬盘，提高重建总体效率。

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