RAID发展趋势解析

今年刚好是RAID概念被提出的20周年。其实，在存储领域，能被称作革命的技术并不多，但RAID绝对算得上是其中一个，事实上，RAID在过去20年里，引领了存储工业的发展，后来众多的新技术也都是基于RAID。　　
　　事实上，虽然RAID技术本身也一直在发展完善，不过近年的RAID发展并没有太革命性的进步。当然，目前的RAID配置，比起最初的RAID 0，1，5，已经扩展出了RAID 1E( 条带化、增强、混合镜像)，3，6(双奇偶校验RAID)，和一些其他的混合配置，比如RAID10，50，60等等。
　　RAID6逐渐普及
　　在Serial ATA(SATA)磁盘驱动器普及的大环境下，RAID 6也开始变成重要的阵列配置。RIAD 6开始普及的部分原因是因为SATA磁盘通常有着更高的容量，但是驱动器的可靠性却并没有提高。所以，越来越多的RAID控制器厂商都以各种方法在产品中配置了RAID 6。
　　RAID 6的全称是 Independent Data disks with two independent distributed parity schemes(带有两个独立分布式校验方案的独立数据磁盘)。主要作用是防止两块磁盘同时失效。但在实际操作中，两块磁盘同时失效几乎不可能发生，假设RAID 6的4块磁盘中坏了一个，通常将被系统提示，而且管理员很快就会有所行动，不可能等到第二块再失效。所以RAID 6的实际用途通常是允许磁盘的重置(rebuild)时间更充裕——具体来讲，是预防当磁盘A被重置时，磁盘B失效。因为目前磁盘驱动器的发展并不均衡——容量的提升很迅猛，但是I/O的提升非常有限，所以大容量磁盘的重置通常需要很长时间，尤其是当前很多SATA磁盘的容量都达到了1TB。大容量也导致了更多的潜在失效可能，这样RAID 6就变得对SATA驱动器更加重要了。
　　不过，虽然RAID 6很符合磁盘的发展趋势，但是RAID 6还是有一个问题，那就是过多的资源性能损耗。多数RAID 控制器生产商都在努力减少RAID 6写的性能损耗(Write Penalty)。比如说，Scott Cleland，AMCC的市场部经理，声称如果使用AMCC最新生产的RAID控制器，那么当IT管理员将RAID 5转变成RAID 6之后，写性能损耗将增加5%~7%。虽然性能损耗的确增加了不少，但是对比通常的RAID5到RAID 6的性能损耗增加20%~30%而言，还算是有了不少进步。不过有一点还是应该说明，在运行了一些应用的SATA之中(例如近线或次级存储，基于磁盘的备份等等)，30%的性能损耗非常普遍。
　　AMCC的是市场部经理Cleland强调，目前只有5%的RAID使用者采用了RAID 6，但是RAID 5的用户一旦发现了RAID 6能带来的好处，他们都会转向RAID 6。因为使用RAID 6的效果与RAID 5没有什么区别，尽管性能损耗可能稍微多了一点，但是却能够带来双倍于RAID 5的数据保护。
　　Adaptec的全球市场主管Suresh Paniker认为，目前只有20%或者可能更少的Adaptec的SATA用户采用了RAID 6，但是RAID 6的增长势头非常快，因为写性能损耗较大的问题正在逐渐被技术进步解决。
　　

SAS的优势与弊端　　如果说，RAID 6在SATA驱动器构成的磁盘阵列中只是越来越受欢迎，那么RAID 6在混合的磁盘阵列中却可以称得上是非常关键。最近，越来越多的最终用户和集成商都开始将SATA和SAS磁盘同时装入同一台存储柜使用。并且在这些混合的磁盘上，经常被部署关键的应用，而此时磁盘和阵列的可靠性变得非常重要。
　　SAS厂商经常鼓吹自己的优势——你可以将这种性能较好，但也比较昂贵的SAS驱动器和便宜的SATA共同混合在一个存储柜里共同使用。不过用户是否采用这种混合方案，不能单方面听厂商的宣传，因为在实际使用中，用户和存储集成商都遇到了混合存储部署的一系列问题，特别是在早期版本的SAS子系统部署中，这些问题令人非常头疼。
　　其中的一些问题是过高转速(15000rpm)的SAS驱动器和SATA驱动器(7200rpm)转速不同带来的严重震动问题，另外，SATA和SAS采用了不同的电压，二者的连接距离也不同，SATA仅为1米，而SAS为10米。此外，SAS驱动器可以提供企业级特性，例如错误侦测、错误记录(logging)，并可以通过双连接端口提供多路径支持。而SATA驱动器只有一个连接端口，没有什么智能支持。SAS驱动器包括了众多高级指令集，而SATA仅包括最基础的固件。
　　控制器和子系统厂商表示，这些问题，很多都可以通过合理的配置来规避。比如，Xyratex的产品经理Jerry Hoetger就表示“我们建议将同样类型的磁盘驱动器装在它们自己的空间区域。不同类型的驱动器是不可以简单堆叠的，因为这些驱动器的震动不同，这会严重影响RAID的表现。我们的研究表明，混合子系统中，80%性能下降的SATA驱动器，都是在存储柜中被夹在了SAS驱动器之间。所以，如果你在部署你的磁盘阵列时比较好的分布了不同类型磁盘的位置，并且完全遵照了我们的意见，那么你的SAS和SATA混合驱动的存储柜就不会出现那么多问题。”实际上，20%~40%的Xyratex的SAS子系统都是混合驱动型的存储系统。
　　Infortrend的市场部主管 Alan Johnson表示“目前，使用混合驱动器存储柜的用户还是比较少，这很大程度上是因为多数用户还没有开始使用SAS驱动器。通常，用户将关键应用运行在一个SAS驱动的RAID阵列上，然后将其连接到一个SATA驱动的JBOD阵列上，JBOD阵列上运行一些诸如虚拟磁带备份的应用。” Infortrend的产品允许混合SAS和SATA驱动器通过其磁盘阵列控制器，布局在同一个存储柜中，当然前提是同样种类的驱动器分布在一起。
　　Adaptec的Paniker也表示，这种混合驱动存储柜今天还不是很多见，但是随着SAS驱动器的价格不断降低，混合驱动型存储柜将逐渐普及。(目前，SAS驱动器的价格通常是SATA驱动器的3~5倍)
　　

争议不断的SAS/SATA混插　　不过，虽然混合驱动型存储柜比起SAS存储柜，价格可能更加便宜，而且也有着一定的市场销量，但是仍有不少厂商却强烈反对，而且非常不情愿生产这种产品。AMCC的Cleland就表示“你不可以将SAS和SATA驱动器放在一个存储柜里。其实，用户只要多考察一下这些混合型产品的特性就会知道，各种应用并没有从这种混合了SAS和SATA的磁盘柜中获得多少益处。”Cleland表示，“目前多数AMCC的RAID控制器的配置，都不兼容SAS和SATA两种磁盘驱动器组成阵列。这并非技术上的原因，而是我们认为混合型产品对用户不够负责任。”
　　Luca Bert，是LSI DAS存储的架构/策略主管，他认为“你最好不将SAS和SATA混合成一个逻辑驱动，或者虚拟磁盘。你需要的，是建立独立虚拟磁盘。最好的策略是，将不同的驱动器放在不同的物理空间，当然如果可能的话，SAS和SATA分布在不同的存储柜中是最理想的。这样可以避免包括震动在内的很多问题。”
　　Promise科技的市场主管Mike Joyce则认为“SAS和SATA驱动混合是未来的存储潮流，在混合型存储项目的实施上，我们目前还没有遇到什么太大的障碍，不过介于某些技术还不是特别成熟，目前我们还是建议用户将不同的驱动放到不同的存储柜中。”
　　控制器和子系统厂商，也都着手用软件提升RAID的可靠性——可以使用软件来提前评估、扫描和监控磁盘，以便找到潜在问题，在潜在问题发生前将其解决。比如，Xyratex，就是用“predictive drive cloning”功能，来克隆可能出现问题的磁盘。
　　现在，各种争论和警告都围绕着这种混合型存储柜激烈展开，不过不管怎么说，混合型存储柜，对于成本的削减是非常明显的。混合SAS和SATA驱动器，将使同一存储柜中出现不同的存储层级。这样就可以将经常访问的数据存放在高速的SAS驱动器，而不经常访问的数据存放在低成本的SATA驱动器中。这样可能需要一些人工配置和数据迁移过程，不过很多厂商都有软件可以简化这个过程——只要在软件中定义数据迁移条件，也即规定了数据的访问频率或者数据类型，而后符合条件的数据就将被自动的迁移。
　　现阶段，最终用户选购混合存储的比例很小，不过一些垂直市场(Vertical Market)对于混合存储的需求则很大，而且需求还有逐渐加大的趋势。比如说，传媒娱乐的应用，好比协作的实时编辑图片、制作影视动态效果，和其他特效，这些特效都是经常存取的，需要一些高速磁盘空间来存储;而另外一些非动态的文件和数据，则需要大容量磁盘来存储。
　　在这些垂直市场里，一些厂商提供产品的存储层级超过了SAS-SATA两层，而达到了三层。比如Space System公司的fxStor RAID-5磁盘阵列允许用户将15000 rpm的SAS 驱动和7200rpm的SATA驱动和高速固态硬盘SSD(solid-state disk)相混合。值得一提的是，fxStor阵列允许DRAM内存被配置成SSD，或者RAM磁盘。最后，由固件和相应的软件来共同管理数据在三个存储层级之间的迁移。
　　

软件RAID有所抬头　　在低端RAID终端市场，软件RAID呈现上升趋势。当然，软件RAID并非什么创新，长久以来，我们对软件RAID的认识是这样的：软件RAID通常会消耗过多的CPU资源，而且较之硬件RAID，性能表现都稍逊一筹。不过，近两年，随着多核CPU的不断发展，CPU 的能力已经今非昔比，RAID用户也重新燃起了对软件RAID的兴趣。
　　Ciprico公司，并购了RAID Stack厂商RAIDcore，目前是软件RAID的主要推动者之一。“其实，最主要的RAID推动者不是我们，而是多核处理器。”Ciprico负责市场的副总裁Andy Mills这样表示，“比起早期的高资源损耗软件RAID，目前的软件RAID系统的表现已经非常优秀。而且现阶段的软件RAID只需要占用CPU时钟周期的一小部分，就可以完成所有任务。”
　　Ciprico销售的软件RAID只需要一个I/O卡，而不是一个硬件RAID那样的一个昂贵的控制器。Ciprico也承认，软件RAID的确占用了更多的CPU是时钟周期资源，根据Ciprico官方说法是5%~30%。而硬件RAID确实几乎不需要占用CPU资源。不过，Ciprico声称，在一些公司内部的测试里，软件RAID的性能比起硬件RAID要强，特别是对于那些I/O负载不大的文件。
　　同时，其他的硬件RAID厂商则认为，软件RAID只能适用于低端平台和应用。例如，Promise科技的Joyce就曾这样表示“软件RAID表现很弱，不管是对于工作站或者入门级的服务器而言，都没有什么意义。”
　　最后，不管你是选择RAID5、RAID6、SATA和SAS驱动的混合产品，也不论你选择软件还是硬件的RAID，在RAID市场中，SAS的流行无疑是最热门的趋势。根据IDC预测，SAS将会占有2007年企业级市场的15.7%，而后2008年将占有23.2%，在2009年更将达到25.9%。与此同时，Gartner公司的预测更为乐观。Gartner预计2007年，SAS驱动器将占有多用户驱动器出货的16.4%，2008年将达到41.2%，2009年更将达到44.9%。(见图2)
　　而另一份InfoStor的统计则表明，35%的受访者认为FC光纤硬盘将会在2008年占有最多的企业级驱动市场。而后是SATA(32%)和SAS(4%)，只有4%选择了SCSI。