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云存储将受制于驱动器可靠性和带宽

2010-05-25
作者:来源:存储时代

 最近我们听到了很多关于云的新闻,现在你需要考虑,你是否会采用云模式作为你存储网络架构的一部分?
     
  云是数据存储架构规划中的一部分,正如可能会用到云的应用一样,例如Hadoop。数据复制的标准云方法就是使用低成本硬件。原理就是,你通过在发生故障的情况下复制数据来获得数据可靠性。由于我大部分的工作都是在大型存储环境下进行的,而且根据我对驱动器故障率的了解,我对使用这种方法来管理数PB要求高可靠性的数据抱有巨大的疑虑。
     
  因此,我想做的就是,带你一步步地分析用于大多数云中的低成本硬件。我不会谈到刀片的故障率,只有存储。作为分析的一部分,我查看了所有主流磁盘制造商的网站,采用了所有厂商之间的最佳值,因此很多分析都是最理想的情况,可能你会有不同测量结果。让我们一步步地来看。

      每迁移1PB数据的硬错误
     
   硬错误率(或称为比特误码率,BER)对可靠性有很大的影响。我所查看的所有磁盘厂商都规定了1个扇区每读取10EXX比特所发生的不可恢复读取错误的误码率。

   
  我发现,在云架构或者Hadoop中,由于考虑到企业级SAS和SATA驱动器之间巨大的成本差距,没有人会采用企业级SAS驱动器,大多数都使用了最廉价的硬件。
      读取一个2TB驱动器的时间
                                
      下文中你将看到为什么这很重要的原因。现在,先看一看读取驱动器上的数据需要的时间:
      占满一个通道的驱动器数量
     
  了解占满不同速度SONET通道所需的驱动器数量是很重要的。我在去掉TCP/IP和其他封包及重试延迟对通道的影响之后估计通道的性能,在以这样的速度双向运行于全双工时通道的速率约为90%。
      显然,占满有故障的磁盘驱动器的网络带宽并不需要大量的驱动器。
   每年的磁盘驱动器故障
     
  磁盘驱动器故障公式分为两个部分。第一个部分是基于硬错误率。如果你迁移111TB的数据,你可以假设一个磁盘无法读取写入到消费级SATA驱动器中的数据。企业级SATA驱动器的数量是1.1TB。另一个部分是年故障率(AFR)。这是每年故障驱动器占驱动器总量的比例,是驱动器厂商自己提供的一个估算值。应该注意的是,很少有驱动器厂商会提供消费级SATA驱动器的AFR数据。下表显示的是使用2TB  SATA用于不同存储的驱动器数量,以及每年故障驱动器的估算量。
      另一方面是基于BER的故障,因为这是基于数据迁移的,所以我再次选择了一个保守的数量,并推测驱动器占全年总带宽的5%。
         
      为了确定总故障数量,你需要向AFR数量中增加BER(5%):
         
      如果你使用5%这个值并除以365,那么你将得出每天的故障数量:
         
      将总带宽利用率小幅提高到7.5%的话,将得到每天每个存储卷的故障数:
          
  迁移数据总量的故障
     
  下面得出的结论:当使用率为5%、存储容量为10PB的时候,每天平均你会有15个消费级SATA驱动器发生故障。在最好情况下,你大约需要24390秒通过网络进行读取或者写入每个驱动器。你最多可以获得3.37个驱动器的全部带宽,24小时获得总共276 MB/s的带宽。因此,简单计算一下,276 MB/sec×3600×24得出每天的总MB/s。对于每个驱动器,你需要82 MB/s×24390×15个驱动器故障。以下是不同情况的计算结果:
      任何负数意味着驱动器复制的要求超过了通道带宽。例如,在10PB、OC-48和5%驱动器使用率的情况下,带宽相当于6167659 MB(这超过了通道带宽)或者24小时内71 MB/s。显然,随着时间的推移,这个问题越来越明显,因为你复制数据的速度还赶不上丢失的速度。从统计概率上说,如果你有10PB的话,最终你将丢掉数据,而且不会用太长时间。唯一的架构选择就是保留数据的第三个副本,而这么做的成本很高。对于一个OC-48通道、使用率为5%的存储系统来说,拐点发生在5 PB~10 PB之间,在5 PB、使用率为7.5%的情况下,你只有42 MB/s的多余带宽(3652149,3600×24)。这时候就需要更高速的网络(付出更多成本)或者更可靠的存储(成本也不低)。
     
  我相信云公司每天都在权衡着这些成本因素,找出什么是优化成本的最佳方法。有没有可能其中一些人并不了解基本的硬件问题?我当然希望不会是这种情况。显然,云存储适用于5PB、OC-48通达和消费级SATA存储。现在,有多少云是超过这个存储容量的?我不之道,但肯定是存在的,对于大型存储用户来说,多达10~20 PB的归档是很常见的。
     
  云架构要比本地存储架构复杂得多。云存储可以设计成一个RAID后端,消除了很多问题,但是我所了解的大多数云由于成本因素而没有使用RAID。总的来说,云架构和云设计并不简单,对于大型数据卷来说,我看不出云比本地存储便宜多少。
     
  驱动器可靠性和带宽将限制云的采用,而且这是一个可能永远也得不到解决的问题。带宽将越来越便宜,但是驱动器可靠性并没有多大改善,数据的增长速度仍将超过带宽。也许基于网络的重复数据删除功能会起到一些帮助作用——如果数据可以被重复数据删除的话。但是就目前来看,对于非常大型的数据存储来说,还没有一个比老式数据中心更好的选择。
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