剖析WAFL文件 RAID4+与改良型RAID4

　　使用RAID4时，你可能会遇到WAFL RAID4+问题，这里将介绍WAFL RAID4+问题的解决方法，在这里拿出来和大家分享一下。上次有客户U遇到这个问题，关于netapp与其改良型raid4，希望我能介绍这个东西，估计知道的人也不太多，我这里尽量用简单的语言来介绍一下他的特点，希望大家能看明白。

　　RAID 4：使用专用校验磁盘的独立访问
 
　　RAID 4是一种独立访问的R A I D实现，它使用一个专用的校验磁盘。与RAID 3不同的是，RAID 4有更大量的分块，使多个I / O请求能同时处理。虽然它为读请求提供了性能的优势，但RAID 4的写开销特别大，因为在每次读、修改和写周期中，校验磁盘都被访问两次。

　　Netapp公司创建时间不算长，1992年才创建，但是netapp还是写下了一系列的神话，包括现在IBM的nas系统，都是OEM的netapp的产品。那么，netapp的优势在哪里呢?我在这里分析一下它的特点，WAFL RAID4+.

　　双剑合璧的WAFL RAID4+

　　WAFL文件系统是netapp自己设计的，运行在netapp专用操作系统DATA ONTAP上的一个文件系统，WAFL是“Write Anywhere File Layout”的意思，即“任意位置写入文件布局”的缩写。正因为有WAFL的这个特点，所以才有了RAID4+，一个改进型的raid4，使得没有校验瓶颈存在，而且能随意扩充硬盘的raid方式。

　　如果说传统的存储方式中，如果修改一个数据块，我们必须先定位到那个数据块，然后再修改，在我的前面写的raid5内部分析中，我们也看到了，如果修改一个单独的数据，我们必须先读出这个数据与校验，然后修改数据，计算校验，最后写入到同样的位置，这些特点，不仅仅是raid决定的，而且也是运行在raid之上的文件系统决定的。

　　在WAFL中，如果它也修改一个数据，他可能不管以前的数据的位置，直接把新数据与新校验写到新的位置，之后更改指针，告诉文件系统说，新的数据在这里，而不是原来那里了。这么做还有一个最大的好处就是，新的数据可能等到足够多以后，可以凑齐raid的一个条带以后，一起写进去，就可以大大的提高写的速度。

　　raid4+就在WAFL的配合下诞生了，传统的raid4是把所有的校验写在一块单独的硬盘上的，如果数据修改量很大，那么这个单独的硬盘就变成了性能瓶颈，而raid4+可以最大可能的把一个条带的数据，一次性的写入，所以，使得校验盘与其它的盘基本相当的写入量，而没有瓶颈出现。而且，当这个 raid组想增加硬盘的时候，只是简单的放入新的硬盘即可，任意位置写的规则可以保证新的硬盘马上就被使用起来。

　　WAFL RAID4+为了尽量保证把数据合并后一次性写入，就必须依赖cache，在cache中才可以等到一定数量的数据之后再一起分批写入，而且，本身WAFL的日志也是记录在cache中的，也包括WAFL的inode的指针操作，也都是在cache中完成。所以，netapp也必须依赖电池或者 ups对cache实施保护。

　　RAID4与改良型RAID4

　　我们先看一个传统的raid4与改良型的raid4之间写的差别，在传统型的raid4中，如果改写我如图的数据，每个数据需要读一次，校验盘可能会写6次，每个数据写一个，涉及到6个条带。但是，在改良型的raid4中，读已经不存在了，而且写的话，最小的可能性，只需要写2个条带，8个写io，一次性写入即可，至于指针，则由WAFL文件系统在cache中完成。

　　注意，这里为什么说最小可能写2个条带，因为写的时候还需要根据磁盘空间剩余情况，cache的利用情况来综合决定的，有可能也会涉及到3-4个条带，但是，可以肯定的是，算法尽量保证最少的磁盘写次数。

　　我们上面分析了改良型的raid4的写，那么我们再分析一下它的raid组增加磁盘的过程，在一般的raid组中，想要给raid组增加一个磁盘，是非常困难的，因为数据以前就分布好了，除非再强行改变分布，但是，netapp不一样，它的文件系统本来就是任意写，所以很容易把新加的磁盘给用上。以上介绍WAFL RAID4+。

 

　　那么说了这么多，netapp的WAFL与raid4+的优势已经很清楚了：

　　1、尽量保证数据一次性的写入，减少磁盘争用，提高写速度

　　2、因为任意写的特点，使得snapshot变得非常简单，而且，就算你不做snapshot，系统本身也一直在不停的产生snapshot，因为这样可以大大减少文件系统的恢复时间。

　　那么，有缺点吗？肯定有的，这个世界总是没有完美的东西存在的

　　1、因为任意写，为了保证每次都能操作一个条带，那么，系统希望尽量有充足的空闲空间，如使用率不要超过80%，否则，因为空闲空间太少而不能保证每次都写一个条带。

　　2、因为任意写，可能会使本来连续的空间，分布在存储的任意位置，如数据库应用中，本来连续的表，在存储中多次修改以后，就不连续了，使得全表扫描或者备份变得很慢。
 
　　这个问题的另一个解决方案是将S S D用于RAID 4 的校验磁盘，以提供适合的性能，消除RAID 4中的读、修改和更新周期的瓶颈。将 SSD 用作校验驱动器有一个潜在的问题，即如何配置S S D的容量和分条深度，以至于它能够与阵列中的磁盘容量和深度相吻合。虽然这似乎很平常，但因为SSD是基于内存的，而磁盘是一种磁性介质，两者的容量匹配并无内在原因。这里关键的一点是在容量上存在或大或小的差异，这应该合理地加以解决。当然，更精确地说，SSD的分区应该与RAID 4阵列中的任何分区相匹配。
 

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