分散ストレージの技術動向（第3部）: デュアルRAIDメカニズムとトリプルレプリカ

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デュアル RAID は 3 つのコピーの欠陥を効果的に解決できますか?まずは両者の比較から始めましょう。先ほど、3 つのコピーの潜在的なリスクを分析し、デュアル RAID アーキテクチャの動作原理と技術的特徴を紹介しました。デュアル RAID は 3 つのコピーの欠陥を効果的に解決できますか?まずは両者の比較から始めましょう。

障害修復時間の短縮とビジネスへの影響の軽減

ハードディスクが破損した場合、デュアル RAID メカニズムにより、ノード内の RAID を通じてデータの回復が優先されます。リカバリメカニズムは、負荷を回避するために速度を自動的に調整することができ、フロントエンドビジネスはそれを認識しません。ネットワーク データの再構築をトリガーする必要がないため、ネットワーク再構築の嵐を効果的に回避できます。

ノードに障害が発生した場合、ディスクを別の物理サーバーに移行することで (データのコピーや再構築を行わずに) ノードを移行できます。 SVM ストレージ プール上の各ディスクには、ストレージ プールの構成に関するすべての情報が記録されます。分散ストレージ vOSD の ID 番号とユーザー データは、SVM ストレージ プールの仮想ボリュームに保存され、SVM ストレージ プールの移行時に 1 つの物理サーバーから別の物理サーバーに自動的に移行されます。ホスト名と vOSD ID 番号は変更されないため、ノードの修復が高速化されます。

より強力なフォールトトレランスにより、複数のノードで同時にディスク障害が発生しても対応可能

3 つのコピーを持つ分散ストレージは、ノード間のコピー保護によって、1 つまたは 2 つのディスクの損傷がビジネス データに与える影響を効果的に防ぐことができますが、フォールト トレランスは限られています。たとえば、コピーが 3 つある場合、異なる障害ドメイン間でディスク損傷が発生するノードは最大 2 つまでです。 2 つ以上のノードでディスク障害が発生すると、図 1 に示すように、データ損失が発生する可能性が高くなります。

図1 3コピー分散ストレージの複数ノードのハードディスク障害によるデータ損失

Titlis 分散ストレージは、デュアル RAID メカニズムによりフォールト トレランスを桁違いに向上させることができます。図 2 に示すように、ノード内 RAID 10 + ノード間 2 レプリカを例にとると、各ノードでディスク障害が発生した場合、ノード内 RAID を使用して各ディスクを個別に修復できるため、システム全体のデータが失われず、業務が中断されることもありません。

図2 デュアルRAIDは複数ノードのディスク障害に耐える

データの耐久性は桁違いに高い

以下では、具体的な値を使用して、トリプルコピーとダブル RAID のデータ永続性 (信頼性) を比較します。データ永続性指標は、ストレージ システムの AFR (年間故障率) によって測定できます。 1,000 台の 6TB ハードディスクのストレージ クラスターを考えてみましょう。ここで、各機械式ハードディスクの MTTF (平均故障時間) は 1,000,000 時間です。計算には、よく知られている 2 つの MTTF 式を使用する必要があります。 1 つは RAID6 に関するもので、その MTTF は MTTF=(MTTF)*(MTTF)*(MTTF)/(N*(N-1)*(N-2)*MTTR) です。もう 1 つは RAID5 に関するもので、その MTTF=(MTTF)*(MTTF)/(N*(N-1)MTTR) です。ここで、MTTR (平均修復時間) はハードディスクの平均修復時間です。

3 つのコピーの条件では、ストレージ システムには合計 333 個の 3 つのコピー グループがあります。 3 つのコピーの各グループの MTTF は、N = 3 の RAID6 の MTTF と同等です。分散同時修復の条件下では、MTTR は通常 3 時間です (30 分ごとに 1 TB のデータが修復されます)。したがって、3 つのコピーの各グループの MTTF は =1000000*1000000*1000000/(3*2*1*3)=5.56x 1016 時間となり、システム全体の MTTF は = 5.56x 1016 /333 =1.67x 1014 時間となります。 AFR（年間8760時間）に換算すると、AFR=8760/(1.67x 1014) =5.2x 10-11となります。

ダブル RAID の場合は、ノードで (2+1) RAID5 を使用することを検討してください。ストレージ システムには合計 333 個の RAID5 グループがあります。計算を簡単にするために、RAID の各グループが 2 つの vOSD と 12 TB のデータに対応すると考えてください。 RAID5 の MTTR は 30 時間、各 RAID5 (vOSD) グループの MTTF は 1000000*1000000/(3*2*30)=5.56x 109 時間であると計算されます。 RAID5 グループが破損した場合、vOSD はノード間でミラー保護されているため (信頼性は N=2 RAID5 と同等)、12TB のデータの分散同時修復が採用されます。 1TB のデータが 30 分ごとに修復され、6 時間かかります。したがって、MTTR=(5.56x 109 )* (5.56x 109 )/(2*1*6)=2.58x 1018 時間となります。ストレージ システム全体に 333 個の RAID5 グループがあることを考慮すると、システム全体の MTTF は 2.58 x 1018/333 = 7.75 x 1015 時間となり、これは 3 つのコピーの MTTF の 46 倍になります。 AFRに変換すると、デュアル RAID の AFR = 8760 / (7.75 x 1015) = 1.1 x 10-12 になります。

3 つのコピーと二重 RAID のデータ永続性を比較すると、二重 RAID のデータ信頼性は 3 つのコピーよりも 1 桁以上高いことがわかります。

要約する

Titlis 分散ストレージは、従来のディスク アレイの RAID 技術、ストレージ仮想化管理技術、分散ストレージ技術を組み合わせ、通常の分散ストレージが直面する不均一な IO 分散とバレル効果によって発生するパフォーマンス欠陥を効果的に解決し、システムの IOPS パフォーマンスを大幅に向上させ、通常の分散ストレージがネットワーク再構築ストームによって引き起こす可能性のある安定性リスクを回避します。同時に、デュアル RAID アーキテクチャのデータ信頼性は、3 つのコピーを持つ分散ストレージよりも 1 桁以上高くなります。