(连载)网络存储导论第15章：Netapp产品分析(7)_存储备份

15.4.3.5 磁盘数据的一致性检查点和NVRAM WAFL 最长每10 秒就会生成一个内部快照，成为一致性检查点，所以在磁盘上会有一个完全具有一致性的文件系统版本，当filer 启动，WAFL 总是是用在磁盘上最新的检查点，所以Filer 避免了费时的文件系统校验，File system check，使得即使意外掉电或者系统故障时，也不必进行file system check。 Filer 只需要2 分钟的硬件自检就可以重新完成启动。 Filer 使用电池支持的不掉电RAM (NVRAM)，避免丢失任何发生在检查点后的NFS/CIFS请求，正常关机时，Filer 关闭NFS/CIFS 服务，将所有缓冲在NVRAM 的请求刷新到磁盘后关闭NVRAM。当filer 故障后重启动，它将replay 所有保存在NVRAM 中的没到磁盘的NFS/CIFS请求。使用NVRAM 保存没有commit 到磁盘的请求，与一些UNIX 使用NVRAM 作为disk cache有很大的区别。当在磁盘层面上使用NVRAM ，其中可能包含影响一致性的重要数据，假如NVRAM 出问题，文件系统会不一致，即使使用fsck 也无法恢复。 WAFL 还使用NVRAM 作为文件系统日志journal，而不是需要变化的磁盘块的缓存（Disk Cache），所以WAFL 极为有效地利用了NVRAM 的空间。例如，一个请求，让文件系统生成一个新文件，可以用几百个字节信息表明，而磁盘上却需要改变十几块的信息。由于WAFL 使用NVRAM 保存操作命令日志，而不是这些命令的结果，NVRAM 可以保存几千个操作的日志。 15.4.3.6 Filer 的RAID Filer 使用了一种RAID 4 设计来保护数据避免受磁盘故障的破坏。然而与一般的RAID4 和 RAID 5 实现不同，一般的RAID 实现结构没有考虑文件系统的结构和活动方式。 WAFL 的 RAID 4 实现，是与文件系统的设计紧密优化的。通过将文件系统和RAID 层结合考虑， NetApp. RAID 的设计提供了所有RAID 校验保护的好处，克服了常规的RAID 5带来的性能损失。另外， WAFL 的 RAID 4 设计不像RAID 5 那样将数据和校验数据交织到每个盘，整个系统可以在有RAID 的时候仍然可以迅速简便地扩充。通过RAID 4，假如一个磁盘有损坏，利用RAID 组里的校验盘可以重新计算出损坏磁盘上的数据，其 block 映射到磁盘上的新的位置。假如整个磁盘损坏，校验盘也可以保护数据不丢失，当故障盘重新替换，所有内容通过校验盘自动重计算。 RAID 4 阵列使用一个磁盘专用于校验，其余用于数据。每个磁盘由4KB 的 block 组成。一个条带，stripe，由每个数据磁盘的一个block 和校验盘的一个block 组成。最常用的RAID 级别有0，1，3，5，RAID0 是划分为条带，由于没有校验区，所以无容余纠错能力。RAID1 是简单地镜像，所有数据复制在另一粒盘上，RAID 1 很安全，但是需要两倍的磁盘容量。RAID 3 类似 RAID 4，专门一个盘用于校验，但是RAID 3 的条带太小，一个读写操作就可能跨阵列内所有的磁盘， RAID 3 适合单个大文件很高的速率要求，例如超级计算，和图像处理，但对于多用户应用产生的不相关的读写表现很差。而RAID 4 改进了这一点。 RAID 5 类似 RAID 4，但是在所有磁盘中循环安排数据区和校验区，第一个条带的校验区在第一块盘，第二个条带的校验在第二个盘，等等。主要的优点是防止校验盘成为瓶颈。缺点是在RAID 5 array 中增加一个盘很不实际，扩容时需要添加一个新阵列。例如，假如在RAID 5 实施时每个阵列使用7 个disk，通常扩容时每次增加7 个盘。大多数用于UNIX 和Windows 环境的外设避免使用RAID 4，因为使用通用的文件系统，校验盘会成为瓶颈。另一方面，WAFL file system，利用其随意写的布局写磁盘，使用RAID4 的磁盘却十分高效。以UNIX 的文件系统为例说明WAFL 如何与通用的文件系统不同。通常的UNIX 使用FFS(the Berkeley Fast File System) ，该文件系统的设计针对一次写一个文件进行优化，所以不同文件的块写到磁盘上很分散的位置。FFS 在阵列里写入3 个不相关的文件时的块分配的位置，每个数据盘写只有2 次，而校验盘却要写6 次。更致命的是，校验位的写十分分散，导致很长的寻道时间。这是由于 Berkeley FFS 不知道下层的RAID 4 的布局，往往会生成在数据盘上分散的磁盘写请求，导致校验盘过长的寻道时间。WAFL 的写方式被设计成最小化校验盘的寻道时间。WAFL 总是把写相邻条带的block，减少校验盘的寻道时间。WAFL 还尽可能地写同一条带的多个块，进一步减少校验盘的流量。 15.4.3.7 Appliance 方式的优点 通过Appliance 方式的设计，以网络为服务器提供数据，使得NetApp 可以提供一种传统的存储方式，以及基于UNIX 和NT 的系统无以比拟的存储治理

快速而简单的系统安装
快速的重启，即使在掉电或者系统故障停机后
通过增加磁盘在线扩充分区
快照提供简单的备份方式
简单的治理，50条命令

这些特点，以及Appliance方式带来的高性能和高可用性，使得Filer成为十分易用且性价比很高的产品。