XRAID med RAID-implementation för XFS har presenterats

Christoph Hellwig, underhållare av DMA, KVM, Slab Allocator och PowerPC-arkitektur i Linux-kärnan, presenterade den första offentliga versionen av XRAID, en implementering av deklystrat RAID med paritetskontroll, integrerad i filsystemet XFS. Projektet har skapats för att möjliggöra användning av RAID på zonerade lagringsenheter, såsom SMR-diskar (Shingled Magnetic Recording), och för att erbjuda en högpresterande implementation av RAID för att upprätthålla dataintegritet. Utöver zonerade enheter stödjer XRAID även arbete på vanliga hårddiskar och SSD-enheter, vilket visar en betydande prestandaökning jämfört med mdraid (upp till 20 gånger vid skrivning).

För att fördela information över lagringsenheterna i XRAID används en deklystrad paritetskontroll, liknande dRAID i OpenZFS, där inga separata enheter avsätts för hot spare, utan data, paritetsinformation och ledigt reservutrymme (spare space) fördelas jämnt över alla lagringsenheter. Läs-, skriv- och återställningsprocessen vid haverier omfattar alla tillgängliga lagringsenheter, vilket ökar genomströmningen, minskar belastningen på enskilda diskar, undviker märkbar prestandaförlust vid haverier och avsevärt påskyndar ombyggnadsprocessen efter tillägg eller byte av lagringsenheter.

Deklystrade RAID förenklar också skapandet av högavkastande lagringssystem med ett mycket stort antal diskar. Vid återställning efter haverier bestämmer XRAID dynamiskt ordningen för ombyggnaden av enheterna, där zoner med större förlust av redundanta uppgifter prioriteras och zoner med data behandlas före zoner med paritetsinformation.

XRAID har ursprungligen utvecklats med hänsyn till möjligheten att använda zonindelade lagringsenheter, där lagringsutrymmet delas in i zoner som utgör grupper av block eller sektorer. I sådana enheter tillåts endast sekventiell tillägg av data med uppdatering av hela gruppen av block. Till exempel tillämpas zonering vid skrivning i SMR-diskar (Shingled Magnetic Recording), där spårens bredd är mindre än bredden på det magnetiska huvudet, och skrivning sker med delvis överlappning av det närliggande spåret, dvs. varje omskrivning leder till behovet av att skriva om hela gruppen av spår.

För att stödja zonindelade enheter används en blockallokerare för zonindelade enheter (zoned allocator) implementerad i XFS och Linux-kärnan, som använder RT-sublott (RealTime subvolume) för att organisera separat lagring av data och metadata (i zoner med sekventiell skrivning lagras endast filinnehållet, medan filsystemets metadata placeras i vanliga zoner eller på extra SSD-enheter).

I XRAID tillämpas RAID-paritetskontrollmekanismer endast för filinnehåll, medan redundans för metadata realiseras genom att utnyttja redan befintliga drivrutiner i Linux-kärnan, till exempel genom spegling med MD RAID, vilket är mer effektivt för små objekt som uppdateras på plats. RAID-implementeringen integreras i XFS fram till hanterare av zonindelad in- och utdata, som representerar fysiska zoner av de underliggande lagringsenheterna i form av logiska zoner, liknande ett flerskikts blockenhet.

Arbetet med XRAID har pågått i ett och ett halvt år, och även om implementeringen fortfarande inte är klar för integration i den centrala kärnan, är den redan lämplig för testning av en bred publik. I den föreslagna implementeringen stöds mellan 0 och 2 nivåer av paritet (kod för stöd av 3 eller fler nivåer är under utveckling). För att hantera XRAID har ett nytt verktyg "xraid" lagts till i xfsprogs och stöd för XRAID har implementerats i mkfs. Dessutom har Zonar-verktyget för inspektion av zonindelade lagringsenheter fått nya funktioner för att visualisera mappning av logiska zoner till fysiska zoner.

Resultaten från prestandatester av XRAID jämfört med mdraid och btrfs har publicerats, genomförda för XRAID-arrayen i en konfiguration med två SSD-enheter WD DC-SN650 för metadata (speglad på mdraid-basis), sex vanliga SATA-diskar WD DC-HC590 26 TB och 6-21 zonindelade diskar WD DC-HC690 30 TB (SMR).

Tester av XRAID har också genomförts på vanliga icke-zonindelade SSD-enheter i en konfiguration med en 4 TiB Samsung PM9D3a för metadata och fem 4 TiB Samsung PM9D3a för RAID (4 + 1).

Källa: opennet.ru