聊一聊SDS如何抗各種故障
1 軟件定義“抗造”
我們知道軟件定義存儲SDS有很多優勢，比如：
- 軟硬件分離，無硬件廠商鎖定。
- 高擴展性，在線按需擴容，無需中斷業務。
- 標準控制API接口，秒級操作，無縫對接其他系統。
- 標準數據訪問接口，支持塊、文件、對象存儲等。
- 性能和容量可配置，滿足當前和未來場景的需求。
除此之外，SDS還可以靈活定義可靠性、可用性，因此SDS特別抗造。
我們先了解可靠性和可用性的含義，再對故障進行分類，***對比各種抗造技術，方便大家在做SDS選型和架構設計時進行“軟件定義”。
2可靠性與可用性
可靠性(durability)：表示數據是否丟失。比如硬盤發生介質故障，導致硬盤里面的數據丟失。
可用性(availability)：表示數據是否可以訪問。比如因為服務器掉電原因，導致暫時不能訪問服務器硬盤中的數據。
3故障分類
總體分類為：硬件、軟件、天災、人禍。具體分類如下表所示。
其中硬盤發生故障非常頻繁，下面云備份服務商blackblaze的硬盤年平均故障率統計，一共統計了82516塊硬盤在2013年~2017年間的故障率。
在實際經驗中，我們也會經常碰到服務器、機柜、交換機、站點的故障。那么多故障，我們需要不同的技術來應對，下面我們來看不同技術的優缺點。
4抗造技術
4.1 單機RAID
一般服務器上都會自帶RAID卡，支持RAID1、10、5、6等。RAID技術通過數據冗余保證在1~N塊硬盤故障時，數據不丟失，并且同時可以訪問到數據。
比如RAID5支持同時壞1塊硬盤，RAID6支持同時壞2塊硬盤。
但是RAID的缺點是：
●僅支持單機。假如服務器宕機，RAID技術也無力回天。
●數據恢復速度慢，受限于單個硬盤的寫速度，導致RAID組要恢復健康狀態需要10個小時以上，特別在越來越大的硬盤容量的情況下。在數據恢復過程中，容易發生二次故障，導致數據丟失。
● RAID組所包含的硬盤數量太少，不能并行發揮所有硬盤的性能。
●需要單獨的Spare熱備盤，平時會造成資源浪費。
4.2 多機網絡多副本
因為單機RAID的缺點，隨著萬兆以太網的普及，多機網絡多副本技術隨之產生，廣泛被各種分布式存儲軟件使用。
多機網絡多副本的優點是恢復速度快，并行發揮所有硬盤的性能，另外當單臺服務器宕機了，不影響數據的可用性和可靠性，其他服務器繼續提供服務。缺點是存儲容量利用率低，可用容量和裸容量比例是1：3。
4.3 多機網絡EC糾刪碼
為了解決多副本的存儲容量利用率低的問題，大家開發了網絡EC糾刪碼，也被廣泛應用在分布式存儲上，比如HDFS的EC糾刪碼。
它優點是可用容量和裸容量比例是1：1.3~1.5，大文件寫吞吐量高，缺點是寫操作延遲高。
4.4 機架柜列故障域隔離
SDS還可以定義數據分布策略，這樣可以防止機架柜列掉電造成的影響。
假如多副本分布在不同的機架上，則任一機架掉電，不影響數據可靠性和可用性。
假如多副本分布在不同的柜列上，則任一柜列掉電，不影響數據可靠性和可用性。
4.5 網絡冗余
SDS通過網口鏈路聚合和交換機堆疊技術，提供網絡冗余度，避免單個網口和交換機的故障造成數據不可訪問的影響，提高數據可用性。
4.6 多站點多副本
為了滿足存儲系統兩地三中心、多站點多活的需求，目前部分SDS產品的對象存儲服務支持多站點多副本技術，數據三個副本同時存儲在三個站點上，可以多站點同時訪問，支持多活技術。當任意一個站點發生故障時，不影響其他站點的數據訪問和寫入。
4.7 多站點EC糾刪碼
多站點EC糾刪碼技術可以提高存儲容量利用率，支持在1個站點故障的情況下，數據能夠正常訪問和讀寫，適用于冷數據和歸檔場景。
4.8 Cloud Sync(云備份)
不是所有場景都有條件建設多站點，因此SDS的Cloud Sync(云備份)功能應運而生，可以把數據異步復制到公有云和異地私有云上，避免額外建設，降低成本。當本地存儲集群發生故障時，數據可以快速恢復和訪問。
具體應用場景如下所示：
4.9 智能故障自愈
SDS可以采用先進的數據分布算法，在出現硬盤故障和服務器故障時可以進行數據遷移和重平衡，故障硬盤會被踢出存儲集群，不再工作。數據遷移完成后，SDS存儲集群恢復正常，無須人工干預。因當出現硬盤故障時，可以不用處理，后期再批量更換硬盤，減少運維成本。
4.10 對象存儲超時刪除
對于特定場景，數據保存一定周期之后需要刪除，以便釋放空間，SDS的對象存儲服務具有超時刪除功能。下圖是10天后刪除數據的設置。
4.11 監控告警平臺
通過監控告警平臺，可以把不同級別的告警信息通過郵件和短信發送給管理員，讓管理員快速知曉存儲集群的健康狀態，并采取適當的行動。
5 技術對比
下表對比了不同技術的抗造指標，我們要根據實際場景進行選擇和組合，權衡數據可靠性和成本。
