分布式存储系统如何应对SSD硬盘UNC坏块可靠性问题?

Uncorrectable Bit Errors(UNC),也有时候叫做Media Error(介质错误)是指在闪存设备中出现的无法修复的位错误。Media Error的产生意味着即使硬盘自身已经用尽了所有容错手段(如LDPC解码,retry等),该扇区(LBA)的数据已经无法被正确读出,这些错误是由于闪存单元的物理磨损或损坏所导致的,随着闪存设备使用时间的增长,出现UNC的可能性也逐渐增加。

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对云数据中心和业务的影响主要体现在以下几个方面:

  1. 数据可靠性下降:UNC的出现意味着数据已经发生了永久性的损坏,无法被修复。这将对云数据中心的数据可靠性造成负面影响,可能导致数据丢失或损坏,进而影响业务的正常运行。
  2. 设备寿命缩短:随着UNC的出现,闪存设备的寿命也将逐渐缩短。这将增加云数据中心的运营成本,需要更频繁地更换设备,同时也可能导致设备供应短缺。
  3. 性能下降:闪存设备在出现UNC之前,往往会首先出现可纠正的位错误(CE)。随着CE数量的增加,设备需要进行更多的错误修复操作,这将消耗更多的资源并降低设备的性能。
  4. 安全风险增加:UNC的出现可能会导致数据被篡改或窃取,进而增加云数据中心的安全风险。如果UNC发生在关键的业务数据上,可能会对业务造成重大影响。

综上所述,Uncorrectable Bit Errors(UNC)对云数据中心和业务的影响非常大,需要采取有效的措施来预防和处理UNC的出现。

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本文提出了一种解决闪存寿命问题的方案DIRECT(Distributed error Isolation and RECovery Techniques),通过采用更密集、可靠性更低的闪存存储技术,以允许设备以更高的位错误率运行。DIRECT使用端到端的方法,包括数据编码、解码和错误纠正等技术,以实现数据的持久性和可用性。

DIRECT策略是一种用于提高分布式存储系统可靠性的方法,其主要内容包括以下几个方面:

  1. 错误放大减少:DIRECT策略要求系统减少数据对象的错误放大,并修复远程副本中的损坏。错误放大是指当存储系统中发生错误时,这些错误会在数据读取和写入过程中被放大。通过减少错误放大,DIRECT可以减少数据的损坏,提高系统的可靠性。
  2. 本地元数据错误放大减少:DIRECT策略还要求系统减少本地元数据的错误放大。元数据是描述数据的数据,例如文件的名称、大小、创建时间等等。由于元数据在存储系统中的重要性,其错误放大会比数据错误放大更加严重。通过减少本地元数据的错误放大,DIRECT可以提高系统的可靠性。
  3. 安全恢复语义:DIRECT策略要求系统确保安全恢复语义。这意味着在发生故障时,系统能够恢复到一致的状态,而不会出现数据丢失或损坏的情况。通过确保安全恢复语义,DIRECT可以提高系统的可靠性

DIRECT策略是一种利用分布式级别冗余来提高闪存存储技术可靠性的策略。它通过使用端到端的方法来增加分布式存储系统的可靠性。在ZippyDB和HDFS两个真实的分布式存储系统中实施DIRECT策略

  1. 在ZippyDB中,DIRECT通过减少应用程序可见的错误率和恢复时间来提高可靠性。它能够将应用程序可见的错误率降低100倍以上,并将恢复时间缩短10000倍以上。这意味着,如果出现错误,DIRECT可以更快地将系统恢复到正常状态,从而减少了故障对应用程序的影响。

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  1. 在HDFS中,DIRECT则允许系统容忍更高的位错误率,而不会出现应用程序可见的错误。具体来说,DIRECT可以使HDFS容忍比传统存储系统高10000到100000倍的位错误率。这意味着,使用DIRECT的HDFS可以在更恶劣的存储条件下运行,而不会影响到应用程序的正常运行。

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从这篇论文的技术分享来看,分布式存储系统的软件强大,可以极大概率弥补硬件上的可靠性问题,减少对云存储系统的安全性。

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