有了CRAID 3.0 媽媽再也不擔心我數據存儲能力了！
責編：penggao ｜2015-07-24 18:37:59作為一種成熟、可靠的硬盤系統數據保護標準，RAID技術自誕生以來一直作為存儲系統的基礎技術而存在。但是隨著近年數據呈現爆炸式增長趨勢，傳統RAID逐漸暴露出越來越多的問題。
硬盤故障導致數據丟失時，RAID重構的進程會占用系統的資源，導致應用系統整體性能下降，同時重構的時間漫長，會出現故障或錯誤，極大地增加數據丟失的風險。另一方面，傳統RAID受限于硬盤數量，無法滿足企業對資源統一靈活調配的需求，同時數據重構時影響數據的讀寫性能，那么怎么來提供數據的讀寫性能呢？
作為國內為數不多的能夠在技術上跟國外存儲廠商并駕齊驅的廠商，宏杉科技針對傳統RAID的以上問題，提出了全新的CRAID算法。
一.獨具匠心的CRAID3.0
CRAID技術是宏杉科技針對傳統RAID的缺陷，在傳統RAID技術之上的革新。CRAID1.0提升了故障硬盤的重建效率；CRAID2.0允許RAID組中任意壞三塊盤，數據不丟失；CRAID3.0提升了數據讀寫性能和減少了重建時間。
CRAID1.0技術，主要是將組建好的RAID組分割為數千甚至上萬個小單元進行精細化管理（也即是Cell），提升了故障硬盤的重建效率，提高了系統可靠性。在此基礎上，宏杉科技又推出了CRAID2.0技術，采用全新的RAID算法和三重校驗機制，可以在一個RAID組中任意壞三塊盤的情況下保證數據的不丟失，業務不中斷。
2015年，宏杉科技又獨具匠心在CRAID1.0和CRAID2.0的基礎上，推出了最新的RAID概念–CRAID3.0技術。將CRAID1.0和CRAID2.0一層虛擬化管理的模式變為兩層虛擬化管理模式，在具備前二種CRAID技術優勢的前提下，以數據塊為單元管理數據，提升數據讀寫性能和減少重建時間。
圖1 CRAID 3.0
二.CRAID 3.0是這樣“煉成”的！
2.1 CRAID3.0基本原理
宏杉科技CRAID3.0采用底層硬盤管理和上層資源管理兩層虛擬化進行管理的模式，每個硬盤空間被劃分成一個個小粒度的數據塊，在這些數據塊的基礎上來構建RAID組，使得數據均勻地分布到存儲池的所有硬盤上，同時，以數據塊為單元來進行資源管理，大大提高了資源管理的效率。
1) 每個硬盤被切分成固定大小的數據塊（Chunk，也叫CK）。存儲系統將不同硬盤的Chunk（CK）按照RAID算法組成Chunk Group（DCG）；
圖2 Chunk和DCG
2）DCG被劃分為固定大小的存儲單元Cell， Cell是構成LUN的基本單位。一個存儲池基于指定的一個硬盤域創建，可以從該硬盤域上動態的分配Chunk（CK）資源，并按照每個存儲層的“RAID策略”組成DCG向應用提供具有RAID保護的存儲資源。
圖3 CRAID 3.0技術原理圖
3）支持RAID 0、1、5、6、10等RAID級別，但是必須是相同的RAID建立一個存儲池。
2.2 CRAID 3.0實現框架
CRAID 3.0的實現框架如下圖所示：
存儲系統層由同一類型硬盤組成，不同層級支持不同類型的硬盤：構成高性能層的SSD硬盤，構成性能層的SAS硬盤和構成容量層的SATA硬盤。
每一個存儲層的Chunk按照用戶設置的“RAID策略”來組成Chunk Group（DCG），用戶可以為存儲池（Storage Pool）中的每一個存儲層分別設置“RAID策略”。
存儲系統會將Chunk Group（DCG）切分為更小的Cell。Cell作為數據遷移的最小粒度和構成LUN的基本單位。
若干Cell組成對外體現為主機訪問的LUN。在處理用戶的讀寫請求以及進行數據遷移時，LUN向存儲系統申請空間、釋放空間、遷移數據都是以Cell為單位進行的。
三、看看CRAID 3.0優勢都有啥？
相比傳統RAID技術，CRAID技術在數據安全、系統性能和空間利用率方面都有了明顯提高，主要體現如下幾方面：
- 允許任意三塊盤故障：CRAID技術不拘泥于傳統，采用全新的算法和三重數據校驗機制，提供更高的數據安全機制，允許在同一個硬盤組中任意三塊硬盤同時發生完全物理故障，數據不丟失，業務不中斷。在更換三塊新硬盤后，支持并行重建。
- 性能負載分攤：CRAID技術采用分散數據塊技術，前端主機上的邏輯卷來自于硬盤組中所有硬盤，數據的IO讀寫壓力在硬盤組中實現了所有硬盤均衡分攤，不存在硬盤熱點，大幅提升IO讀寫性能。
- 空間利用率高：傳統的RAID5/6技術僅含1/2塊校驗盤。RAID1/10技術通過鏡像原理，可允許RAID組中一半硬盤發生故障，數據不丟失，但硬盤空間利用率只有50%。CRAID技術采用N+1/2/3模式，用戶可自由指定校驗盤的數量，在提升了數據安全的同時，也提高了硬盤空間利用率。
- 快速重建：針對小塊數據的損壞，直接利用資源池中預留的空白Chunk進行快速重建。當預留的空白Chunk使用完以后，仍有數據塊發生故障，系統將發生故障的Cell數據直接替換到預留的空白Cell單元上，瞬間完成Cell的替換，保障數據不丟失。同時，基于分散數據塊技術，當硬盤組中一塊硬盤發生故障，硬盤組中所有硬盤參與并發重建，重建數據流的寫帶寬不再是性能瓶頸，重建速度進一步提升。
- 局部重建：不采用熱備盤頂替，只對原盤發生變化的部分進行重建。這適用于硬盤未損壞，但發生過閃斷或人為誤操作造成的短暫硬盤失效。比如硬盤在短時間內被拔出又插回，可只重建硬盤不在位時所變化的數據，重建時間短。這種方式，相比于傳統RAID機制，極大降低RAID組性能受影響程度。
- 優化重建：僅重建被LUN使用的Cell，未使用的Cell不重建。重建調度時，優先重建存在介質錯誤的Cell，然后再使用拷貝的方式重建其他Cell，以盡可能的避免該Cell所處的其它硬盤發生故障導致的Cell損壞。支持多重重建，可同時重建多個故障硬盤，提高重建總體效率。