转—— Google说闪存不如硬盘可靠，Nimble说RAID 3P+能搞定

A-Lin

转—— Google说闪存不如硬盘可靠，Nimble说RAID 3P+能搞定

大家知道，前几天Goggle在USENIX FAST 2016发布了一篇论文，说在实际环境中，闪存的可靠性其实不如硬盘。

8 \( T3 F6 l+ j1 K这可在业界兴起了轩然大波，很多不太了解的客户就会问，这么说，全闪存时代不会这么快来了，还是暂时不考虑全闪存阵列了吧，可靠性不行啊。
  {" x$ [2 n0 M9 O$ g5 o% ]其实，仔细研究论文的人，应该是没有这个想法的。因为Goggle说的闪存的可靠性不高，指的只是颗粒层面，到了SSD（我这里用SSD来表示闪存盘）层面，再到AFA（全闪存阵列）系统层面，可靠性完全是可以满足要求，甚至超过HDD系统的可靠性。
这不，Nimble Storage的CTO就是这么一个爱学习的人。今天，西瓜哥就聊聊他对该论文的解读，还有Nimble Storage的应对之道。
Google说，SSD和HDD的故障模式有两点不同：

• 整盘故障（需要更换驱动器）：SSD的年故障率要低于HDD；
• 部分数据丢失：SSD比HDD有很高的不可恢复错误（每一个扇区，典型大小0.5-4KB，被纠错码（ECC）保护。但一个扇区有太多的比特错误，超过了ECC的纠错能力，就会导致这个扇区的数据丢失）
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大家可以看到，其实SSD整盘的故障率其实比HDD低，只是在扇区层面故障率比较高。因此，存储厂商必须了解这些特点，对症下药，才能提高AFA系统的可靠性。
' ]5 i8 D6 J4 \1 Q5 C8 D6 SGoogle的论文还说，原始比特误码率(RBER) 并不能预测不可恢复错误的发生，也就是这两者没有相关性。这个好像和我们的常识不符。但具体原因，Google没有解释。
Nimble CTO说Nimble了解闪存这些故障特点，并在Nimble系统层面已经解决这些问题，并且试图解释为什么RBER和不可恢复错误不相关。
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• 整盘失效
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为啥HDD容易整个盘都坏了呢？其实原因很简单，HDD是机械部件，某个部件比如马达坏了，磁盘也就完完了。而SSD是电子器件。
; P5 D" n! \2 F  g( r3 kGoggle说他们的驱动器故障率是这样的：
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• SSD：4年多的更换率是4%-10%，平均每年1%-2.5%；
• HDD：每年2-9%
  

大家知道Nimble有一个很牛的云监控软件叫InfoInsight。Nimble CTO说，他们也监控了5年，他们的阵列的驱动器整体故障率要低于Google，但比例相似，即SSD的更换率只有HDD的1/3。
但要注意的是，SSD的固件复杂，因为要做FTL和垃圾收集。Google应该针对自己的应用定制了自己的固件，但市场上的商用产品，由于不同的固件版本，故障率可能也不同。
0 [6 A; b7 \7 q" h' e8 `0 e! F$ d另外，SSD相比HDD来说还是新事物。HDD已经有60多年历史，但现在还不断发现影响故障率的因素。比如就在同一个会议的另外一篇论文就说HDD的故障率受到湿度的影响很大。而SSD才10年多历史，未来估计还会有更多的发现。
Nimble如何应对整盘失效呢？Nimble的triple parity RAID（也叫RAID 3P，喂，这位男同学，不要想歪了，不是那个3P）可以支持3块硬盘同时故障。
当然，Nimble还留有热备盘，这样驱动器故障后可以马上进行重构，减少故障时间。
) J2 S9 \( _" t9 f3 M4 }: _你可能说，3个校验加热备，是否太浪费空间了？这个，Nimble通过增加RAID组成员的数量解决容量使用率的问题，比如20D+3P+1S，使用率也是很高的。
  @9 k  ?: e$ E) |8 Q$ [当然，要减少计算校验的时间和写放大，应该就是Nimble的CASL架构应该考虑的事情了。

• 部分数据丢失
  

RAID 3P很好解决了整盘故障，但是如果SSD内部部分数据丢失怎么办？Goggle说，4年来一共有23-60%的SSD丢失过某些数据，而HDD在2.5年里只有3.5%（底层丢失数据但上层还有保护，因此应用系统是不受影响的，不要理解为系统丢失数据）。
4 [8 {, s9 X/ b如果整个盘只有几个坏块，自己能够修复其实是最好的方式。Nimble把每个盘分成很多chunk，每个chunk比如包含100个扇区，系统在每个chunk加上1个或几个校验扇区，当这个chunk有不可恢复错误时用来进行盘内修复。如果把横向的校验叫盘间校验的话，chunk的校验就叫盘内校验。盘内校验空间一般无需太大，约1%即可。
这样，我们可以看到，Nimble的RAID逻辑结构如下：

由于RAID 3P还多了一层盘内校验，因此，Nimble内部把这个叫做RAID 3P+，哈哈，这个是否有点华为RAID 2.0+的意思。不过，从上图我们看到，由于RAID 3P+还是保留了热备盘，重构的时候热备盘还是容易成为瓶颈。不过，Nimble的人很多从NetApp出来的，因此其CASL必然也吸取了RAID DP的优点，只是变成了RAID 3P而已。不过，基于chunk的RAID肯定比基于盘的RAID重构快，因为只需要重构写过的chunk。
Nimble还说，其实加上热备盘（不是所有厂商都有），应该宣传RAID 3P++，哈哈。
# i" C6 D8 G9 V还有，针对静默故障，Nimble也采用checksum校验码保护每一个块。并且后台会扫描并修复发生问题的块。这个很多阵列也一样，不提。
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• RBER和不可恢复错误
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关于原始比特误码率和不可恢复错误为什么没有关系，Nimble认为应该是RBER是按照整个硬盘统计的，但其实原始比特误码并不是均匀分布的。如果集中在某些扇区，这些扇区可能就发生不可恢复错误，即ECC也纠错不了了。
就像雪的多少和平均海拔的关系一样。某些地方，平均海拔不高，但并不代表雪不多。因为高山多，雪就多。而某些地方，就算平均海拔比较高，但不见得雪就多，因为没有高山。
/ |" q! E; c3 H4 m3 XNimble CTO说和Google论文作者交流了他们的想法，Google认为有道理。
" s% F, r8 P& s# [2 u; G7 k【学习心得】
1、针对闪存的特点，看来传统的RAID方式难满足要求了。Nimble的RAID 3P+给我们一些很好的启示。EMC的DSSD的Cubic RAID(参考1分钟看懂EMC DSSD的Cubic RAID原理）更是一种创新，虽然Nimble其实也是一种多维RAID，我个人感觉Cubic RAID更完善一些。而Pure Storage的RAID 3D，EMC XtremIO的XDP等都没有采用传统的RAID形式。据了解，华为的新一代全闪存阵列Dorado V3虽然还是采用RAID 2.0+，但是可能采用3校验的方式，支持同时坏3块SSD，不知道华为是否会宣传RAID 2.0+ 3P呢？O(∩_∩)O哈！
3 o9 x6 z) C& f- f2、SSD作为较新的一种介质类型，就像HDD一样，相信以后不断会有新的故障特征被发现。因此，存储厂商需要时刻关注这些研究结果，特别是大型互联网公司的生产实践，不断创新，以较小的代价持续提高闪存系统的可靠性。

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