海量存儲(chǔ)機(jī)群系統(tǒng)中提高系統(tǒng)MTTF的設(shè)計(jì)和分析

從圖上可以很明顯地看到三個(gè)特點(diǎn)。第一，在相同節(jié)點(diǎn)數(shù)目下，備份數(shù)越多，系統(tǒng)的MTTF越大，這是所預(yù)期的。第二，當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目達(dá)到1000的時(shí)候，在2個(gè)備份的情況下，系統(tǒng)MTTF小于1小時(shí)；在3個(gè)備份的情況下，系統(tǒng)MTTF仍能保持在400小時(shí)（約為16天）左右。這些值與前面的理論分析基本一致，數(shù)值都在相同的數(shù)量級(jí)。第三，當(dāng)備份數(shù)只有1或2個(gè)的時(shí)候，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，系統(tǒng)MTTF顯著下降；而當(dāng)備份數(shù)是3個(gè)的時(shí)候，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，系統(tǒng)MTTF基本保持不變。這個(gè)現(xiàn)象可以解釋如下。首先，當(dāng)備份數(shù)只有1或2個(gè)的時(shí)候，系統(tǒng)MTTF隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加而下降的原因是：當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)增多時(shí)，系統(tǒng)中出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)失效的可能性就增大。比如，對(duì)于一個(gè)包含1000個(gè)節(jié)點(diǎn)的機(jī)群系統(tǒng)，若每個(gè)節(jié)點(diǎn)的失效速率為l，則系統(tǒng)中出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)失效的速率為1000l。在這樣高的失效速率下，很容易發(fā)生包含同一個(gè)狀態(tài)塊備份的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（當(dāng)備份數(shù)為2時(shí)）幾乎同時(shí)失效。另外，隨節(jié)點(diǎn)數(shù)的增多，狀態(tài)塊的數(shù)目也成倍增加，這也增加了系統(tǒng)中出現(xiàn)某狀態(tài)塊丟失的可能性。其次，當(dāng)備份數(shù)有3個(gè)的時(shí)候，系統(tǒng)MTTF隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加能保持穩(wěn)定的原因是：當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)增多時(shí)，雖然系統(tǒng)中出現(xiàn)某個(gè)節(jié)點(diǎn)失效的可能性增大，會(huì)降低系統(tǒng)MTTF，但另一個(gè)能起到相反的作用因素顯著表現(xiàn)出來(lái)。這個(gè)因素就是通過(guò)并發(fā)拷貝操作，大大降低對(duì)象狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)間。舉個(gè)例子。假設(shè)一個(gè)機(jī)群系統(tǒng)有1000個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)著100個(gè)狀態(tài)塊，每個(gè)狀態(tài)塊大小為64M。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效后，系統(tǒng)就會(huì)為其上的100個(gè)狀態(tài)塊尋找一對(duì)源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)移。正常情況下，在100Mb/s的網(wǎng)絡(luò)里，若只使用一半帶寬的話，轉(zhuǎn)移一個(gè)狀態(tài)塊需要（64MB*8b/B*2）/(100Mb/s)，即，近似為10秒。那么，轉(zhuǎn)移100個(gè)狀態(tài)塊需要1000秒左右，即，近似為15分鐘，這是很長(zhǎng)的一段時(shí)間。但考慮到系統(tǒng)中有1000個(gè)節(jié)點(diǎn)，很容易找到這樣100對(duì)源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，它們沒(méi)有任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)是相同的。在這種情況下，拷貝操作完全可以并發(fā)進(jìn)行，100個(gè)狀態(tài)塊可在10秒內(nèi)拷貝完畢，這是很短的一段時(shí)間。

縮短拷貝時(shí)間的最大好處是，在拷貝期間發(fā)生新節(jié)點(diǎn)失效的可能性減小，進(jìn)而這樣就可以減小某個(gè)狀態(tài)塊丟失的可能性。為了證明降低拷貝時(shí)間的作用，考慮如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。對(duì)于備份數(shù)為2和3的那兩組實(shí)驗(yàn)，將原先的tratio的限制舍棄不用，而限制系統(tǒng)中正在進(jìn)行拷貝的節(jié)點(diǎn)數(shù)目的上限為10個(gè)。如果實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，隨節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，系統(tǒng)MTTF顯著降低，那么就證明了降低拷貝時(shí)間對(duì)提高系統(tǒng)MTTF的作用。圖3顯示的是得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。作為對(duì)比，把沒(méi)有該限制的原實(shí)驗(yàn)結(jié)果也畫在圖上，用虛線表示。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果正如所預(yù)料的，在兩種實(shí)驗(yàn)情況下，系統(tǒng)MTTF都隨節(jié)點(diǎn)數(shù)增加，而顯著降低。特別地，當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為1000時(shí)，在備份數(shù)為2的情況下，系統(tǒng)MTTF遠(yuǎn)低于1小時(shí)；在備份數(shù)為3的情況下，系統(tǒng)MTTF只有2小時(shí)左右。這些性能數(shù)據(jù)，都比原先沒(méi)有該限制的實(shí)驗(yàn)，要低得多。

圖3有并發(fā)限制與無(wú)并發(fā)限制的比較

5 結(jié)論

本文提出了一個(gè)新的動(dòng)態(tài)備份策略，并行數(shù)據(jù)備份策略。研究表明，該策略可顯著地提高系統(tǒng)的MTTF。特別地，當(dāng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目達(dá)到1000的時(shí)候，在3個(gè)備份的情況下，系統(tǒng)MTTF仍能保持在幾十天的數(shù)量級(jí)。并且指出該策略的有效性主要來(lái)源于通過(guò)并發(fā)拷貝操作，大大降低了對(duì)象狀態(tài)的轉(zhuǎn)移時(shí)間。

本文創(chuàng)新點(diǎn)

本文提出了一個(gè)新的動(dòng)態(tài)備份策略，并行數(shù)據(jù)備份策略。通過(guò)詳細(xì)的理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，指出該策略可以在系統(tǒng)中當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)到成百上千時(shí)顯著地提高系統(tǒng)的MTTF。該策略若使用在海量存儲(chǔ)系統(tǒng)中，可以顯著地提高數(shù)據(jù)的可靠性。