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SmartX分享：SMTX ZBS的纠删码EC与多副本介绍、对比与其他概念（分布式存储）

news 来源：原创 2025/6/21 20:58:18

目录

  • 背景
  • 多副本
  • EC
    • 相关概念
    • 限制
    • 工作方式
      • 写入
      • 读取
      • 编辑
      • 故障
      • 移除硬盘、节点
    • EC存储配置
      • EC推荐节点数
      • EC的容错能力
      • EC的数据块数
      • k与m的互相限制
  • EC和多副本的对比
  • 其他
    • 涉及到全新存储分层的概念
    • 可以参考的原文链接：

背景

近期，SmartX的SMTX ZBS 分布式存储 推出了 SMTX ZBS 5.6版本。该版本有几点重大变化：

  • 支持文件存储
  • 全新存储分层（写缓存池和读缓存池）
  • 支持EC（Erasure Coding 纠删码）

在这里插入图片描述

新版本彩页：SmartX 分布式存储产品组合介绍

本文针对其中的EC与之前就支持的多副本做一个分享。

多副本

通过将数据在不同的位置存储多份实现数据冗余，在部分数据副本损坏后，通过健康的副本继续提供服务，并重建数据副本，将副本数量恢复至期望的级别。

存储中，会保存2或3个数据的完整副本，因此在设置了多副本机制的存储池中，存储可用容量为50%(2副本)或33.33%(3副本)

读、写性能不会受到硬盘故障的影响，IOPS稳定

EC

通过对多个数据块（K）计算校验块（M），无需完整地存放数据副本，从而节省存储空间。在部分数据块损坏后（≤M），通过 K 个可用的数据块和校验块可以重建出损坏的数据。

  1. EC更加节省空间，在22+1的strip下存储可用率达96%
  2. 采用缓存加速机制，可以保证EC在大部分情况下的读写性能；但EC的数据在多节点，涉及跨网络读取数据时，读性能会有所下降。

相关概念

数据块（Data Block）：原始数据块。
校验块（Parity Block）：原始数据块通过纠删码算法计算得到的冗余数据。
编码块（Coded Block）：数据块和校验块统称为编码块。
纠删码条带（Stripe）：（K+M）个编码块的集合，一个条带包含多个数据块和校验块。

限制

需要搭配存储分层使用

工作方式

写入

  1. 在新写入数据时，数据切分成块后以副本形态写入缓存层（m=1时，2副本；m>=2时，3副本）。每个副本分配在不同的节点。
  2. 根据数据访问频率，针对不经常访问的数据计算校验块，并将数据块和校验块下沉至容量层。
    • 每K个数据块与M个校验块组成1个EC条带。
    • 同一个条带的块分配到不同的节点。
      在这里插入图片描述

读取

  • 若在缓存层
    • 直接读取副本数据
  • 若在容量层
    • 读取EC数据块。若频繁访问会被提升到读缓存层。

在这里插入图片描述

编辑

  • 若在缓存层
    • 直接对多个数据副本进行修改
  • 若在容量层
    • 新数据以副本的形式写入缓存层，下沉时更新对应的数据和校验块

在这里插入图片描述

故障

  • 使用存活的块重建丢失的块，并放置到不包含条带的块的节点上。此时数据块无法被读取。
  • 随机读取k个块，完成所需数据块的重建。

在这里插入图片描述

移除硬盘、节点

系统自动触发数据迁移，将被移除的块迁移到其他盘或不包含条带块的节点。

EC存储配置

EC的数据块越多，空间利用率越高
EC的校验块越多，可以容忍的故障数越多

EC推荐节点数

EC 机制下，数据冗余配置为 k+m，空间利用率为 k/(k+m)，节点数最小配置为 k+m+1，节点数推荐配置为 k+m+m。

EC 机制需要的节点数最小为 k+m+1。该配置可满足 1 个节点故障后，剩余节点可将数据恢复至期望的状态
当 m > 1 时，为了提升可靠性，推荐将节点数配置为 k+m+m，满足 2 个节点或 m 块数据盘故障后，剩余节点可将数据恢复至期望的状态。

在这里插入图片描述

这里补充一点，华为存储的EC支持一个叫做折叠的功能.
N+M:1（折叠）:将N个数据块和M个校验块随机打散存放于所有节点，每个节点都存在存放M个分片的情况，此时硬盘池允许故障M块硬盘或1个节点。
这个功能主要的作用是，可以在主机数少于n+m数量时，最低满足(n+m)/2的主机数量就可以正常使用设置的EC

EC的容错能力

目前ZBS 5.6 支持校验块（m）设置为1-4（推荐1-2）
在这里插入图片描述

EC的数据块数

数据块（k）只支持设置为偶数，以便更好地I/O拆分。

例如卷条带256KiB，EC块4KiB。偶数的拆分可以保证全条带。

k与m的互相限制

m = 1 或 2 时，k 可设置为 2 - 22 间的偶数
m = 3 或 4 时，k 可设置为 4 - 8 间的偶数

因此，SMTX ZBS 5.6 目前支持 28 种配比方案。此外，EC 22+1 可达到 96% 的空间利用率，EC 22+2 则可达到 92%。

EC和多副本的对比

复杂但直观的验证过程不做赘述，可以看这一篇官方文章：一文了解分布式存储纠删码（EC）机制与配置方案

直接说结论：

  • 读：
    • 正常：
      • 数据下沉前：与多副本一致，4K随机读IOPS平均319K
      • 数据下沉后：随着数据全部提升到缓存后，4K随机读IOPS平均200K
    • 故障：
      • 副本：下降约10%
      • EC：下降约40%，但是内存击穿性能比副本好
  • 写
    • 与副本机制相当

在这里插入图片描述

其他

涉及到全新存储分层的概念

SMTX ZBS 提供了存储分层能力，分为缓存层和容量层。
混闪 SSD作为缓存层，HDD作为容量层，且缓存层至少是容量层的10%；
全闪 可以根据SSD协议与速率也做分层，也可以不做分层。

在ZMTX ZBS 5.6 中，缓存层做了进一步分类：

  • 写缓存
    • 也被称为性能层，是集群层级的写缓存池。
    • 无论采用EC还是多副本存储机制，在写缓存中，新写入的数据均以副本形态写入写缓存；对于已经下沉至容量层的数据，新写入时也是写入写缓存。这一机制主要是保证数据写性能。
    • 此外还有常驻缓存功能。类似与内存常驻，是将数据保留在写缓存中。
  • 读缓存
    • 节点粒度的读缓存池。
    • 用于缓存被频繁访问的容量层的数据，提升数据的读性能。

对于不同的硬盘，也有一定的区别：

  • 混闪或多类型SSD全闪：
    • 高速介质做缓存，低速做容量。
    • 每块缓存盘中内部划分读缓存和写缓存。
  • 单一类型SSD：
    • 所有盘使用一部分做缓存，剩余做容量。
    • 缓存分区均为写缓存。
      • 用于EC卷的数据整理。EC卷的数据先写入写缓存，再下沉至容量层。
      • 副本卷不使用缓存层，直接通过容量层读写。

在这里插入图片描述

可以参考的原文链接：

分布式块存储 ZBS 的自主研发之旅 分布式块存储 ZBS 的自主研发之旅 | 架构篇
SmartX 官方博客：SmartX 超融合

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npm、yarn、pnpm三者的异同

这个表格将会说明一切&#xff1a; 特性npmyarnpnpm依赖管理方式扁平化管理&#xff0c;嵌套依赖树&#xff0c;可能重复安装扁平化管理喝符号链接&#xff0c;同版本只能安装一次基于硬链接喝符号链接的内容寻址存储安装速度最慢中等(并行安装)最快(得益于硬链接的复用)磁盘空…...

编程日记 2025/6/21 15:37:16

纯CSS实现文本或表格特效(连续滚动与首尾相连)

纯CSS实现文本连续向左滚动首尾相连 1.效果图&#xff1a; 2.实现代码&#xff1a; <!DOCTYPE html> <html lang"en"><head><meta charset"UTF-8" /><meta name"viewport" content"widthdevice-width, init…...

编程日记 2025/6/4 8:47:09

信号处理：概念、技术、领域

目录 基本概念 主要技术 应用领域 信号处理是一个涉及分析、修改和再生信号的多学科领域。信号可以是各种形式的&#xff0c;例如声音、图像、视频或其他类型的监测数据。信号处理的主要目标是提取有用的信息并增强信号的质量。以下是信号处理的一些基本概念和应用&#xff…...

编程日记 2025/6/3 19:07:24