使用RAID6減少重建失敗的技術對比和分析

張鵬 魏振東

摘要

RAID技術在信息系統中廣泛應用并發揮著重要作用，隨著大容量硬盤的廣泛應用，傳統RAID5的方式在實際使用過程中出現可靠性問題的概率越來越大，一定程度上影響到關鍵重要信息系統的連續性，甚至造成數據丟失。本文基于RAID技術現有應用和大容量硬盤廣泛使用的背景下，從硬盤URE、錯誤處理、重建時間、失效機率等方面論述RAID5存在的各種問題和使用RAID6的必要性。

【關鍵詞】大容量硬盤 RAID5RAID6URE 可靠性 重建

全球數據存儲量呈現爆炸式增長，企業及互聯網數據以每年50%的容量高速增長，據Gartner預測，到2020年，全球數據量將達到35ZB，等于80億塊4TB硬盤。數據結構變化給存儲系統帶來新的挑戰。非結構化數據在存儲系統中所占據比例接近80%。

隨著海量數據增長和存儲技術的快速發展，硬盤容量也變的越來越大，硬盤故障后的重建時間變的越來越長。為減少數據重建時間，國內部分廠商開發了不同的RAID技術，像華為的塊級虛擬化、宏杉的Cell等技術可實現數據的快速重建。由于種種原因，國外廠商如EMC、IBM等存儲廠商仍然沿用成熟的RAID1.0。服務器、小型NAS等設備也只支持傳統RAID技術。

本文基于RAID技術現有應用和大容量硬盤廣泛使用的背景下，從硬盤URE、錯誤處理、重建時間、失效機率等方面論述RAID5存在的各種問題和使用RAID6的必要性。

1 為什么需要放棄RAID5

1.1 URE

硬盤有個指標叫URE，也就是Unrecoverable Read Error Rate，不可恢復讀取錯誤。一般普通的桌面級別硬盤，這個指標的值為1×10^-14，企業級硬盤URl通常是1×10^-15甚至是1×10^-16。意味著每讀取10^14bit的數據，就有可能產生1bit的錯誤。問題在于這個錯誤是無法被檢測和修復的。10^14bit大約相當于12.5TB的數據，也就是說每讀取12.5TB的數據，就有可能產生一個錯誤的讀取。由于目前硬盤容量越來越大，這種現象會越來越嚴重。

1.2 錯誤處理

當整個RAID組有一塊硬盤出現故障時需要進行重建。重建時需要讀取其他硬盤的數據來計算出故障硬盤的數據。在重建過程中，除了需要考慮重建的時間之外，還要考慮的就是URE的影響，如果RAID組的容量足夠大、硬盤數量較多，就會有很大的概率出現讀取錯誤的。

發生讀錯誤時，根據控制器的不同，會有幾種狀況，下面簡單列幾種可能：

（1）硬盤沒有發現讀錯誤，但實際讀出的數據是錯的，結果是數據至少有1bit是損壞的，而且不會主動發現;

（2）硬盤發現讀錯誤，可能是校驗失敗，并開始數據修復，分下列幾種情況。a.修復成功;b.花過多時間修復，RAID控制器會認為硬盤故障而將此硬盤離線。如果RAID組正在重建，則整個RAID組將失效;c.因硬盤的TLER（Time-Limited Error Recovery）設置而及時放棄修復，RAID控制器收到錯誤消息并記錄;如果有冗余，則會嘗試用其他硬盤資料重建這個bit。如果正在重建，控制器通常會跳過這個bit，實際數據會是錯誤的。

1.3 重建時間

通常SATA7200轉硬盤讀寫速度115MB/S，2TB單盤容量重建理論上要5小時以上，實際由于存儲系統還需處理負載，不可能達到這個速度，一般會需要2到5倍的時長，即最長可能要24小時以上。筆者實際構建一個的RAID5陣列，從5塊擴充到7塊單體4TB硬盤，重建時間約需20小時。

在這個時間里，潛在的硬盤故障可能會出現。同時機械硬盤讀寫速度短期內難有大的突破，重構時間也就無法縮短，故障恢復過程中的再故障幾率就難以避免。對于重要業務系統，即使有數據備份，也要面臨業務連續性中斷的問題。

1.4 成功重建機率

當一個由7塊2TB硬盤組成的RAID5出現故障時，剩余6塊2TB硬盤。RAID控制器重建數據時，很可能會發生一個LYRE導致RAID重建失敗。

通過計算（1-1/（2.4×10^10））^（2.3×10^10）=0.3835得出，因不可糾正的讀取錯誤而導致數據丟失的機率約為62%。

很多用戶認為磁盤故障是獨立的偶然事件，但長期經驗表明事實并非如此，一個驅動器故障意味著其余的更有可能發生故障。

2 為什么RAID6是更好的選擇

大容量硬盤會造成更長的數據重建時間，會增加第二塊硬盤在重建過程中發生故障的可能性，RAID6消除了這種風險。RAID6中通過計算得到第二組奇偶校驗，并將它們寫到所有的硬盤上，這樣在兩塊硬盤同時發生故障時也不會導致數據丟失，因此第二組奇偶校驗能夠提供更高的容錯能力。

從磁盤容量方面分析，RAID5最少需要3塊硬盤，存儲容量為N-1塊硬盤。RAID6最少需要4塊硬盤，具有N-2塊硬盤的可用容量，有兩塊硬盤的容量被用于保存奇偶校驗數據。雖然需要更多的磁盤，卻可以保證更高級別的數據保護、數據可用性和容錯能力，相對更高級別和成本的RAID10是很有優勢的。

性能基準測試顯示，RAID5與RAID6的讀性能基本相當，綜合寫性能下降20%～25%。目前很多RAID控制器生產商設計了例如并行雙奇偶校驗和專用條帶管理器等新技術，目的是將RAID6寫損失減少到最小程度。部分主流RAID控制器已經能將寫損失減少到10%左右。

3 結語

RAID6擁有快速的讀取性能和更高的容錯能力，更加注重數據安全性，對于可靠性至關重要的系統來說，RAID6才是首選。在給予RAID6技術充分肯定的同時，并不意味著對其他RAID技術的否定，需根據不同需求進行選擇。當硬盤容量越來越大，新技術不斷出現時，也同樣會給RAID6帶來威脅。

參考文獻

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