MAID磁盘阵列绿色存储功能与解决方案

什么是MAID

　　MAID，即Massive Arrays of Idle Disks，中文意思为大规模非活动磁盘阵列。SNIA对MAID的定义是：A storage system comprising an array of disk drives that are powered down individually or in groups when not required。 MAID storage systems reduce the power consumed by a storage array。

　　MAID技术在磁带库工作模式的基础上提出和发展起来的。磁带库的工作原理是正常状态下所有的磁带都放置在磁带库的槽位中，需要某盘磁带时才将它放在磁带机中，然后进行数据读写。而在大部分时间，大多数磁带是处在非工作状态的。MAID应用了同样的原理，只有需要时才将一部分磁盘开机运转，而其他磁盘通常处于断电状态，就像磁带库中的磁带一样。因此应用的MAID技术的磁盘存储也可以称之为磁盘库。

　　MAID极大地满足了目前流行的“绿色存储”所要求的绿色、环保和节能的特点，存储设备中的所有磁盘并不是每时每刻都处于Active和Power ON状态，大部分硬盘处于Power OFF状态，只有系统需要进行读写访问时，硬盘才会重新Power ON。MAID存储中SATA硬盘启动的时间大约为10秒。处于Power ON状态的硬盘经过一定空闲时间(时间段长度可根据系统的访问特点、频度来预先设定)后，根据策略重新下点，变成Power OFF状态，以达到节点、环保、延长硬盘使用寿命的功能。

　　以Nexsan的AutoMAID为例来说MAID节点功能工作方式的三个阶段，各个阶段的时间间隔可由用户自行定义。

　　假设2分钟内没有读取资料时，硬盘磁头就会自行停留到没有存取数据的地方，以节省磁头的功耗;过了10分钟后若仍没有读取，就会进入第二阶段，硬盘会降低转速至4000rpm;若过了15分钟后仍没有读取资料，就会进入第三阶段，硬盘于是会停止运转，等到系统呼叫时再启动，但由于硬盘仍处于通电状态，因此还是在“准备状态”，再启动的时间约为10～15秒。

　　MAID存储的功能

　　MAID(Massive Arrays of Idle Disks)技术的在工作方式使得MAID存储设备具有一下几个重要的功能和特点：

　　MAID存储系统中的磁盘或磁盘RAID组可以在没有读写访问时依据策略下电;

　　下电磁盘自动依策略进行故障检查;

　　磁盘在下电以后，一旦有读写请求，磁盘自动上电，RAID组可重新提供正常访问;

　　降低能耗，电能节约可到达30%;

　　减少环境和管理成本;

　　更长的磁盘使用寿命。

　　具有MAID功能的存储设备可以大幅度节约对电能的消耗，特别是在大容量的数据中心或数据仓库系统中，能够减小机房供电系统的压力。

　　MAID功能可以使用磁盘在未访问的情况下处于Power OFF状态，停止磁盘片的高速转动，停止磁盘移动，有效地延长了磁盘的使用寿命。特别是在现在的大容量存储普遍采用低安全性和稳定性的SATA磁盘的系统中，MAID功能已有有效地降低SATA出现损坏的几率，减少RAID组因多块磁盘损坏而引起整体数据丢失的现象。

　MAID存储产品

　　MAID存储其实在几年前就存在了，只是一直难以引起大家注意和重视。而现在，在全球都倡导 “绿色、节能和环保”的大前提下，特别是“SNW 2007”提出绿色存储的概念后，MAID有重新被提到了桌面上，并有趋势将成为“绿色存储”概念中一个重要的部分。

　　Copan、Nexsan是MAID存储技术的早期开发者，近一年来许多存储大厂也开始竞相投入该技术。富士通(Fujitsu)于去年新款的存储产品ETERNUS8000/4000中首度加入该技术，NEC日前新增的NEC Storage D系列也采用了MAID技术，另外，也有其它存储厂商看好MAID为未来重要的技术，并预计在年底之前发表基于该技术的存储产品。

　　COPAN的专利Disk Aerobic软件能够持续监控所有运行的驱动器，并定期对闲置磁盘进行检测，确保系统中所有磁盘在设计指标范围内健康运行。一旦发现某磁盘有故障显示，Disk Aerobic软件将用一个备用盘代替，并将其撤出系统。这样就大大降低了由于磁盘失效重建RAID的概率，从而消除了在RAID恢复前第二张磁盘再次出错的可能性。该软件还会自动每月进行一次对数据的例行检查。一旦发现磁盘上有任何错误信息或无法读取，将对数据进行修正以保证将来数据的随时读取。

　　机房绿色节能解决方案

　　随着网络化、信息化和数据化进程的不断发展，大型的数据中心的和存储数据非常庞大，其中和存储的耗电量平均占到机房总耗电量的50%和40%。机房的耗电量成为数据中心日常运营的一个重要的开支，如何实现机房节能，降低数据中心运营成本成为一个重要的趋势。

　　MAID存储的节能效率因业务系统应用特点的不同而变化，其平均能率可以达到25-30%。数据中心中大量采用MAID存储就可以大幅度节约电能，降低数据中心的运营成本。

　　基于VTL+MAID的数据备份存储解决方案

　　数据库系统、邮件系统等的数据备份系统一般都以发生数据丢失时的数据恢复为目的，只要在线业务系统是安全和稳定的，除了每天需要进行一次或多次数据备份操作外，备份系统基本上处于闲置状态。这种设备使用方式正好符合MAID存储的工作方式。

　　数据库备份系统采用MAID存储，并结合高性能的VTL虚拟磁带库软件，就不仅可以实现在线系统和备份系统之间高效快速D-D数据备份和数据恢复，减小数据备份窗口，保证业务的系统的正常工作和故障后的快速恢复，还可以在备份系统空闲时，有效降低对电能的消耗，降低硬盘的故障几率，大幅度提高备份数据自身的安全性。

　基于CDN+MAID的视频网站存储解决方案

　　大型的IPTV、视频视频点播、以及越来越流行的播客系统中一般都会保存有几千、几万甚至几十万、上百万小时的节目，这些节目中的大部分都是重要的媒体资产，需要长期保存下去。而且随着系统的发展，节目量会越来越大，用于存储视频文件的存储设备容量需要越来越大。

　　我们知道视音频应用系统中的节目内容数量虽然很大，但一般都会根据点击率分为热门和非热门两种类型， CDN(内容分发网络)系统根据预定的点击率变化策略将不同的视音频文件分发到多个存储设备，或一个存储的多个路径下。需要经常被访问到的热门视音频文件可以存储在高性能的存储设备上，而大量的非热门视音频文件就可以存储在节能的MAID存储上。MAID技术能够大量存储着非热点视音频的存储实现节能，从而降低系统的运营成本。

　　基于存储策略+MAID的视频监控存储解决方案

　　随着电信“全球眼”和网通“宽世界”，以及各地市“平安城市”视频监控系统系统的建立，用于视频监控系统的存储设备数量越来越多，系统中存储设备的容量也越来越大。

　　视频监控系统设计规范要求各监控点采集的视频图像必须在线保存10-15天、甚至30天后才能被删除。对于存储设备来讲，如果一个监控点未发生任何非正常状况，从该监控点采集的视频图像文件，从开始写入到被删除这个较长的时段内一般是不会被访问到的。如果这部分视频图像文件的存储设备存储MAID存储，就可以大幅度节约电能消耗，实现绿色地环保节能功能。

　　假设视频监控系统按容量要求配置15个存储卷，我们可以设计监控系统管理平台的存储策略，设置第一天的图像文件存储在第一个卷中，第二天的图像文件存储在第二个卷中，以此类推，15个存储卷可以实现十五天图像文件的存储。根据这样的存储策略，整个MAID存储系统可以保证所有的图像文件都能实时在线，但任一时刻只有一个卷所对应的硬盘处于Power ON状态，其余的十四个卷全部处于Power OFF，从而在最大程度上减少电能消耗，降低监控系统的运行成本。而且可以避免因所有硬盘7*24小时工作造成高频率损坏。

　　更多解决方案

　　为了进一步实现绿色节能存储的目标，MAID存储中还可以采用更先进的更低能耗的处理芯片，减小每块硬盘的耗电量;结合数据生命周期管理，减少高耗电磁盘(73GB、15,000转硬盘的单位容量耗电量相当于750GB、7,200转硬盘的11倍)的数量;结合重复数据删除技术，节省硬盘的总需求数量，从而达到最佳的绿色节能效果。

　　MAID存储的应用环境

　　MAID存储的工作原理是使长时间无访问请求的硬盘处于Power OFF状态，以达到绿色节能和延长硬盘寿命，因此MAID存储适用于访问频率低、数据即时可得性要求第的大容量近线存储(Nearline Storage)设备和分级存储，尤其适用在以数据恢复为目的的数据备份和数据归档等应用上。并不适用于高性能实时访问系统，或访问时间间隔较小的应用系统。