Představujeme XRAID s implementací RAID pro XFS

Christoph Hellwig, maintainer of the DMA subsystem, KVM, Slab Allocator, and PowerPC architecture in the Linux kernel, introduced the first public release of XRAID, an implementation of declustered RAID with parity control, integrated into the XFS file system. The project aims to add RAID functionality to zoned storage devices such as SMR disks (Shingled Magnetic Recording) and provide a high-performance RAID implementation to maintain data integrity. In addition to zoned devices, XRAID also works on regular hard drives and SSDs, demonstrating a significant performance boost on the latter compared to mdraid (up to 20 times during writes).

XRAID employs declustered parity control for distributing information across drives, similar to dRAID in OpenZFS, where no separate drives are allocated for hot spares, and data, parity information, and spare space are evenly distributed across all drives. The reading, writing, and recovery processes in case of failures encompass all available drives, which enhances throughput, reduces load on individual disks, prevents noticeable performance drops during failures, and significantly speeds up the array reconstruction process after adding or replacing drives.

Declustered RAIDs also simplify the creation of fault-tolerant arrays with a very large number of disks. During recovery from failures, XRAID dynamically determines the order of drive reconstruction, prioritizing areas with greater loss of redundant information and reconstructing data zones before areas with parity information.

XRAID byl původně vyvinut s ohledem na možnost použití se zónovými úložišti, jejichž úložný prostor je rozdělen na zóny, které tvoří skupiny bloků nebo sektorů. V těchto zařízeních je povoleno pouze sekvenční přidávání dat s aktualizací celé skupiny bloků. Například zónování zápisu se používá v discích SMR (Shingled Magnetic Recording), kde šířka stopy je menší než šířka magnetické hlavy a zápis se provádí s částečným překrytím sousední stopy, což znamená, že jakékoliv přeprogramování vede k nutnosti přeprogramovat celou skupinu stop.

Pro podporu zónových zařízení je v XRAID nasazen v XFS a jádře Linux distributor bloků pro zónová zařízení (zoned allocator), který používá RT-podobjekt (RealTime subvolume) k organizaci odděleného ukládání dat a metadat (ve zónách s sekvenčním zápisem se ukládají pouze obsahy souborů, zatímco metadata FS jsou umístěna v běžných zónách nebo na dodatečných SSD).

V XRAID se mechanismy kontroly parity RAID používají pouze pro obsahy souborů, zatímco redundance pro metadata se realizuje prostřednictvím již existujících ovladačů v jádře Linux, například pomocí zrcadlení za pomoci MD RAID, což je efektivnější pro malé objekty, které se aktualizují na místě. Realizace RAID je integrována do XFS až do zpracovatelů zónovaného vstupu/výstupu, které představují fyzické zóny podkladových úložišť ve formě logických zón, podobně jako vícestupňové blokové zařízení.

Práce na XRAID probíhá již půldruhého roku a ačkoliv implementace zatím není připravena na integraci do hlavního jádra, je již vhodná pro testování širším publikem. V navrhované implementaci je podporováno od 0 do 2 úrovní parity (v přípravě je kód pro podporu 3 a více úrovní). Pro správu XRAID byl do nástroje xfsprogs přidán nový utility "xraid" a byla realizována podpora XRAID v mkfs. Kromě toho byla do utility pro inspekci zónovaných úložišť Zonar přidána možnost vizualizace mapování logických zón na fyzické zóny.

Byly zveřejněny výsledky výkonových testů XRAID ve srovnání s mdraid a btrfs, které byly provedeny pro XRAID pole v konfiguraci se dvěma SSD disky WD DC-SN650 pro metadata (zrcadlení na základě mdraid), šesti běžnými SATA disky WD DC-HC590 26 TB a 6-21 zonovanými disky WD DC-HC690 30 TB (SMR).

Také byly provedeny testy XRAID na běžných nezonovaných SSD discích v konfiguraci s jedním 4 TiB Samsung PM9D3a pro metadata a pěti 4 TiB Samsung PM9D3a pro RAID (4 + 1).

Zdroj: opennet.ru