Predstavený XRAID s implementáciou RAID pre XFS

Christoph Hellwig, maintainer of the DMA, KVM, Slab Allocator subsystems, 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 filesystem. The project aims to add the capability to use RAID on zoned storage devices, such as SMR (Shingled Magnetic Recording) disks, and to provide a high-performance RAID implementation for maintaining data integrity. In addition to zoned devices, XRAID also supports operation on conventional hard drives and SSDs, showing a significant performance increase on the latter compared to mdraid (up to 20 times in writing).

XRAID uses a declustered parity control mechanism to distribute information across the drives, similar to dRAID in OpenZFS, where no separate drives are allocated for hot spares. Instead, data, parity control information, and spare space are evenly distributed across all drives. The process of reading, writing, and recovery in emergencies covers all available drives, which increases throughput, reduces the load on individual disks, avoids noticeable performance dips during failures, and significantly accelerates the process of rebuilding the array after adding or replacing drives.

Declustered RAIDs also simplify the creation of fault-tolerant arrays with a very large number of disks. During recovery after failures, XRAID dynamically determines the order of rebuilding drives, first addressing zones with greater loss of redundant information and rebuilding zones with data before those containing parity information.

XRAID sa od začiatku vyvíjal s ohľadom na možnosť použitia so zónovanými úložiskami, kde je úložný priestor rozdelený na zóny, ktoré tvoria skupiny blokov alebo sektorov. V takýchto zariadeniach je povolené iba sekvenčné pridávanie údajov s aktualizáciou celej skupiny blokov. Napríklad zónovanie zápisu sa používa v diskoch SMR (Shingled Magnetic Recording), kde je šírka stopy menšia než šírka magnetickej hlavy a zápis sa uskutočňuje s čiastočným prekryvávaním susednej stopy, tj. akékoľvek prepísanie vedie k potrebe prepísania celej skupiny stôp.

Na podporu zónovaných zariadení v XRAID je zapojený realizovaný v XFS a jadre Linux rozdeľovač blokov pre zónované zariadenia (zoned allocator), ktorý využíva RT-podobjem (RealTime subvolume) na organizovanie oddeleného úložiska pre údaje a metadáta (v zónach s sekvenčným zápisom je uložený iba obsah súborov, zatiaľ čo metadáta súborového systému sa ukladajú v normálnych zónach alebo na dodatočných SSD úložiskách).

V XRAID sú mechanizmy kontroly parity RAID aplikované iba na obsah súborov, zatiaľ čo nadbytočnosť pre metadáta je realizovaná prostredníctvom už existujúcich ovládačov v jadre Linux, napríklad cez zrkadlenie pomocou MD RAID, čo je efektívnejšie pre malé objekty, ktoré sa aktualizujú na mieste. Realizácia RAID je integrovaná do XFS pred spracovateľmi zónovaného vstupu/výstupu, ktoré predstavujú fyzické zóny podložných úložísk vo forme logických zón, podobne ako viacvrstvové blokové zariadenie.

Práca na XRAID sa vykonáva už jeden a pol roka, a hoci realizácia zatiaľ nie je pripravená na integráciu do hlavného jadra, už je vhodná na testovanie širokou verejnosťou. V navrhnutej realizácii je podporovaných od 0 do 2 úrovní parity (kód na podporu 3 a viac úrovní je v drafte). Na správu XRAID bola do nástrojov xfsprogs pridaná nová utilita «xraid» a bola implementovaná podpora XRAID v mkfs. Okrem toho bola do utilitky na inspekciu zónovaných úložísk Zonar pridaná funkcia na vizualizáciu mapovania logických zón na fyzické zóny.

Boli zverejnené výsledky testovania výkonu XRAID v porovnaní s mdraid a btrfs, vykonaného pre XRAID pole v konfigurácii z dvoch SSD diskov WD DC-SN650 pre metadáta (zrkadlo na báze mdraid), šiestich bežných SATA pevných diskov WD DC-HC590 26 TB a 6-21 zónovaných diskov WD DC-HC690 30 TB (SMR).

Tiež bolo vykonané testovanie XRAID na bežných nezónovaných SSD diskoch v konfigurácii s jedným 4 TiB Samsung PM9D3a pre metadáta a piatimi 4 TiB Samsung PM9D3a pre RAID (4 + 1).

Zdroj: opennet.ru