Windows Server 儲存空間之儲存冗餘

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儲存空間冗餘度

在儲存控制器伺服器高可用結構中，使用不同數量的JBOD或者不同方式的儲存空間布局，達到的冗餘程度也有差別。如果使用兩個儲存箱則無法開啟儲存箱感知能力，從而無法實現JBOD儲存箱層級的冗餘，所以要實現JBOD儲存箱層級的冗餘必須要使用三個JBOD。如果儲存空間使用雙重新製作映像布局，儲存空間最多允許一塊硬碟故障，如果同時發生兩塊硬碟故障，那麼儲存將失效；而使用三重新製作映像布局，那麼同時最多允許兩塊硬碟故障。Windows Server 第一代SDS結構中，儲存空間冗餘矩陣總結如下。

冗餘類型	3 JBOD 儲存箱	4 JBOD 儲存箱
簡單	不支援	不支援
雙重新製作映像	一個儲存箱或者一塊磁碟	一個儲存箱或者一塊磁碟
三重新製作映像	一個儲存箱和一塊磁碟； 兩塊磁碟	一個儲存箱和一塊磁碟； 兩塊磁碟
單同位	不支援	不支援
雙同位	不支援	一個儲存箱和一塊磁碟； 兩塊磁碟

 

儲存空間可用性詳述

在JBOD層級，三個JBOD能提供JBOD儲存箱層級的冗餘，因為儲存控制器在資料條帶化後，在底層為列選擇寫入的硬碟時，儲存箱感知的目的是為資料寫入列時為列選擇不在同一個JBOD裡的硬碟。儲存空間資料條帶後，每一份條帶的資料通過I/O鏡像一式兩份或三份，每一份先寫入列，由列把資料最終寫入到硬碟。在鏡像布局的儲存空間裡，不同的列裡包含兩塊或三塊硬碟，這些硬碟來自於一個JBOD或者不同JBOD將直接決定儲存空間的JBOD層級的冗餘性。

在硬碟層級，虛擬磁碟的鏡像和RAID1在為資料存放區時選擇磁碟的原理相似，但是和RAID1/RAID10對稱式的結構允許的最大硬碟故障數不同，RAID1/RAID10可以在發生一半的硬碟故障時儲存依然可用。儲存空間列並不會將硬碟對稱地分為固定的兩組或者三組然後寫入資料的各個副本，列選擇硬碟時遵循隨機性和平均原則，隨機性說明列每次為條帶的資料的副本選擇的寫入的硬碟是變化的，平均原則說明列在選擇硬碟時所有硬碟被選中的機率是一樣的，而且資料條帶越多越接近平均。以雙重新製作映像的虛擬磁碟為例，複製一個100GB大小的檔案到儲存空間，換算成KB的單位為104857600KB，預設的Interleave為256K，先後要寫409600個列，意味著要寫409600對硬碟，就要產生409600對隨機硬碟組合，那麼每個參與資料寫入的硬碟次數達到平均就成了一個必然事件。因此雙重新製作映像的虛擬磁碟即使包含多個硬碟，每個硬碟必然都儲存有這100GB檔案的資料區塊副本，一塊硬碟故障資料仍然完整，但是再有第二塊硬碟同時故障，必然有資料區塊丟失而導致檔案不完整，所以只能承受一塊硬碟損壞的故障。同理，虛擬磁碟的三重新製作映像將會把一份資料被複製成三份寫在三個不同的硬碟裡，虛擬磁碟可以承受兩塊硬碟損壞的故障。

接下來我們列舉不同的JBOD數量和儲存空間布局矩陣關係的例子來闡述儲存空間如何達到預期的可用性目標。

• 兩個JBOD儲存箱

系統預設設計為兩個JBOD不支援儲存箱感知，所以兩個JBOD不是推薦的配置，除非用於測試環境，或者對資料有額外的保護，否則難以滿足資料的可靠性要求。因為兩個JBOD不支援儲存箱感知，那麼為列選擇關聯硬碟時，隨著寫入的資料增多，列選擇兩塊（雙重新製作映像）或者三塊硬碟（三重新製作映像）來自同一個JBOD一定是個必然事件，這樣一個JBOD故障，資料會丟失所有副本導致資料不完整，1所示。

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 圖1兩個JBOD資料存放區示意

• 三個JBOD儲存箱

三個JBOD支援儲存箱感知，所以三個JBOD是要實現儲存箱冗餘時推薦的配置，而且要在儲存池啟用IsEnclosureAware參數。三個JBOD啟用儲存箱感知，儲存空間列選擇關聯硬碟時，一定會選擇不同JBOD儲存箱裡面的硬碟寫入資料。對於雙重或者三重新製作映像，不管JBOD裡面有多少硬碟，也不管寫入了多少資料，由於任何條帶後資料的一式兩份和三份不在同一個JBOD硬碟裡儲存，所以一個JBOD故障，其他兩個JBOD一定存放著所有資料的另外的副本來保持資料的完整性，2所示。

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圖2 三個JBOD資料存放區示意

除了儲存箱感知這個參數以外，列在其中的作用非常重要，列就像一個召集人，有序地組織資料往硬碟寫入，儲存箱感知控制列在選擇硬碟時起到同一個JBOD裡面的硬碟“互斥”的作用，這樣一個列所關聯的硬碟一定不會來自於同一個JBOD。討論了JBOD層級的可用性實現，接下來討論JBOD結合儲存空間布局的可用性實現。

• 三個JBOD加雙重新製作映像

如果儲存空間是雙重新製作映像布局，3所示，JBOD1裡的DISK1可以和JBOD2，JBOD3裡面的6塊硬碟的其中任意一塊隨機組合成列，而不會去找JBOD1裡面的其他硬碟組合成列。同理，JBOD3裡的DISK5可以和JBOD1，JBOD2裡面的6塊硬碟的其中任意一塊隨機組合成列。虛擬磁碟的雙重新製作映像使用三個JBOD並啟用IsEnclosureAware參數後，可以保證資料的兩個副本不會寫在同一個JBOD裡，一個JBOD故障，資料剩下一個副本，這個副本儲存在其他兩個正常的JBOD裡，因此資料是完整的。但這時候剩下的兩個JBOD裡任何一塊硬碟都可能保留著所有資料的剩下的唯一副本，不能再允許出現JBOD故障和任意一塊硬碟故障，因為任何一個硬碟故障都有可能導致資料丟失。因此，三個 JBOD（儲存箱感知）加雙重新製作映像這種儲存空間虛擬磁碟可以承受的極限是一個JBOD或一塊硬碟損壞的故障。

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圖3 三個JBOD和雙重新製作映像資料存放區示意

• 三個JBOD加三重新製作映像

存儲空間的三重新製作映像將會把一份資料被複製成三份寫在三個JBOD的不同的硬碟裡。三重新製作映像的每個列關聯三塊硬碟，在為列關聯硬碟時，能保證三塊硬碟不在同一個JBOD裡，但三重新製作映像的一個列關聯的硬碟不一定分別平均來自三個不同的JBOD裡面的硬碟，可能有兩塊硬碟在同一個JBOD裡，一塊在另外一個JBOD裡。條帶化的資料複製成三份以後，資料的一個副本儲存在一個JBOD的硬碟裡，另外兩個副本寫入就和兩個JBOD效果一樣了，資料副本可能存在同一個JBOD的兩塊硬碟，也可能分開平均存放在兩個JBOD的兩塊硬碟裡，4所示。按照列選擇硬碟的隨機性和平均原則，另外兩個副本寫入同一個JBOD的兩塊硬碟是必然事件，因此剩下的兩個副本的冗餘性和兩個JBOD加雙重新製作映像布局一樣，只能允許一塊硬碟故障。所以，三個JBOD（儲存箱感知）加三重新製作映像這種儲存空間虛擬磁碟可以承受的極限是一個JBOD和一塊硬碟損壞的同時故障，或者兩塊硬碟同時損壞。

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圖4 三個JBOD和三重新製作映像資料存放區示意

 

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