XRAID med RAID-implementering for XFS er nå tilgjengelig

Christoph Hellwig, vedlikehaldar for DMA-subsystemet, KVM, Slab Allocator og PowerPC-arkitekturen i Linux-kjernen, presenterte den første offentlige utgaven av XRAID, en implementering av deklusterte RAID med paritetskontroll, integrert i XFS-filsystemet. Prosjektet ble opprettet for å legge til muligheten for å bruke RAID på sonerte lagringsenheter, som SMR-disker (Shingled Magnetic Recording), og for å tilby en høyt presterende implementering av RAID for å opprettholde dataintegritet. I tillegg til sonerte enheter støtter XRAID også drift på vanlige harddisker og SSD-er, og viser betydelig ytelsesforbedring på sistnevnte sammenlignet med mdraid (opptil 20 ganger ved skriving).

For å fordele informasjon over lagringsenhetene i XRAID, brukes en deklusterte paritetskontroll, som ligner på dRAID i OpenZFS, der det ikke tildeles separate enheter for hot spare, men data, paritetsinformasjon og ledig reserveplass (spare space) fordeles jevnt over alle enheter. Prosessen med lesing, skriving og gjenoppretting i tilfelle avbrudd omfatter alle tilgjengelige enheter, noe som øker båndbredden, reduserer belastningen på enkeltdisker, unngår merkbare ytelsestap ved feil og betydelig akselererer prosessen med å rekonstruere matriser etter tillegg eller utskifting av enheter.

Deklusterte RAID forenkler også opprettelsen av feiltolerante matriser med et svært stort antall disker. Under gjenoppretningsprosessen etter feil, bestemmer XRAID dynamisk rekkefølgen for rekonstruksjon av enheter, og behandler først områder med høyere tap av overflødig informasjon og rekonstruerer områder med data før områder med paritetsinformasjon.

XRAID utvikles med tanke på bruken av soneinndelte lagringsmedier, hvor lagringsplassen deles inn i soner som utgjør grupper av blokker eller sektorer. I slike enheter tillates bare sekvensiell tillegg av data med oppdatering av hele blokksgruppen. For eksempel brukes soneinndeling av opptaket i SMR-disker (Shingled Magnetic Recording), hvor bredden på banen er mindre enn bredden på det magnetiske hodet, og opptak skjer med delvis overlapping av nabobanen, dvs. enhver omskrivning fører til at hele gruppen av baner må skrives om.

For å støtte soneinndelte enheter har XRAID implementert en zonert allokeringsmekanisme som er realisert i XFS og Linux-kjernen, og som bruker en RT-delsamling (RealTime subvolume) for organisering av separat lagring av data og metadata (i soner med sekvensiell skriving lagres bare innholdet i filer, mens filsystemmetadata plasseres i vanlige soner eller på ekstra SSD-enheter).

I XRAID brukes RAID-paritetskontrollmekanismer kun for innholdet i filer, mens redundans for metadata realiseres gjennom bruk av eksisterende drivere i Linux-kjernen, for eksempel ved speiling ved hjelp av MD RAID, noe som er mer effektivt for små objekter som oppdateres på stedet. Implementeringen av RAID er integrert i XFS før håndtererne for soneinndelt I/O, som representerer fysiske soner i de underliggende lagringsmediene i form av logiske soner, likt en flerlags blokk-enhet.

Arbeidet med XRAID har pågått i halvannet år, og selv om implementeringen ikke er klar for integrering i hovedkjernen ennå, er den allerede klar for testing av et bredt publikum. Den foreslåtte implementeringen støtter fra 0 til 2 nivåer av paritet (kode for støtte av 3 eller flere nivåer er under utvikling). For å administrere XRAID har det blitt lagt til et nytt verktøy "xraid" i xfsprogs-verktøysettet, og støtte for XRAID er implementert i mkfs. I tillegg er det lagt til muligheter for å visualisere kartleggingen av logiske soner til fysiske soner i verktøyet for inspeksjon av soneinndelte lagringsmedier, Zonar.

Resultater av ytelsestesting av XRAID sammenlignet med mdraid og btrfs, utført for XRAID-arrayet i en konfigurasjon med to WD DC-SN650 SSD-er for metadata (speil basert på mdraid), seks vanlige WD DC-HC590 SATA-disker på 26 TB og 6-21 zonerte WD DC-HC690 disker på 30 TB (SMR).

Det ble også utført testing av XRAID på vanlige, ikke-zonerte SSD-er i en konfigurasjon med én 4 TiB Samsung PM9D3a for metadata og fem 4 Tb Samsung PM9D3a for RAID (4 + 1).

Kilde: opennet.ru