如何為大數(shù)據(jù)部署下一代存儲基礎設施

與管理傳統(tǒng)的大型數(shù)據(jù)基礎設施相比，管理與大數(shù)據(jù)相關的拍字節(jié)級數(shù)據(jù)存儲是一種全新的方式。目前在線照片分享網(wǎng)站Shutterfly管理著30拍字節(jié)的數(shù)據(jù)。Shutterfly在這里與我們分享了他們馴服“數(shù)據(jù)野獸”的經(jīng)驗。

目前，每個人都在談論大數(shù)據(jù)分析方法和相關的商務智能成果。但是在公司能夠利用這些數(shù)據(jù)前，他們必須想辦法解決存儲問題。管理拍字節(jié)級甚至更大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲與管理傳統(tǒng)大型數(shù)據(jù)集有著本質的區(qū)別。

Shutterfly為一家在線照片分享網(wǎng)站。他們并不限制用戶存儲照片的數(shù)量，并且允許用戶存儲原始分辨率的照片，用戶在存儲時可以不用降低照片的分辨率。Shutterfly還曾承諾永遠不會刪除任何照片。

Shutterfly 高級副總裁兼首席技術官Neil Day稱：“我們的照片存檔大小已經(jīng)超過了30拍字節(jié)。存儲池的增長速度遠遠高于用戶群的增長速度。在我們吸引到客戶后，他們做的第一件事就是向我們上傳大量照片。在他們喜歡上我們之后，他們做的第一件事就是再次上傳大量照片。”

為了有一個直觀的印象，大家可以想像一下，1拍字節(jié)等于100太字節(jié)，等于1百萬吉字節(jié)。美國宇航局哈勃太空望遠鏡前20年的觀測數(shù)據(jù)存檔也僅為45太字節(jié)多一點。以128 kB/s速率壓縮的1太字節(jié)音頻數(shù)據(jù)可以存儲17000小時的音頻。

拍字節(jié)級基礎設施的特點

Day稱：“拍字節(jié)級基礎設施與傳統(tǒng)存儲設施完全不同。建立和維護它們非常困難。與傳統(tǒng)大型數(shù)據(jù)集的管理壓力相比，一個拍字節(jié)或多個拍字節(jié)基礎設施的管理壓力完全是天壤之別。它們之間的差異就如同在筆記本電腦上處理數(shù)據(jù)和在RAID陣列上處理數(shù)據(jù)一樣。”

Day在2009年進入Shutterfly網(wǎng)站。當時存儲已經(jīng)成為了公司最大的開銷，并且這一開銷仍然在飛速地增長。這些開銷的增長速度并不是根據(jù)原始容量的增長速度而增長，而是根據(jù)員工數(shù)量的增長速度而增長。

Day 稱：“存儲每增長n個拍字節(jié)就意味著我們需要增加一名存儲管理員，以及相應的物理和邏輯基礎設施。有了這些大型存儲，數(shù)據(jù)量不斷創(chuàng)下新高。實際管理這些大型存檔的人必須不斷的解決硬件故障問題。每個人都想解決這一基本問題，因為大家都清楚硬盤方面的任何一個故障都會導致服務中斷。那么你如何確保數(shù)據(jù)能夠被持續(xù)獲取，如何保證性能不會下降?”

擴展RAID是一個棘手的問題

失效備援的標準解決方案是進行復制，通常是以RAID陣列的形式進行。但是如果規(guī)模龐大，那么RAID產(chǎn)生的問題將比解決的問題更多。在傳統(tǒng)的RAID數(shù)據(jù)存儲方案中，為了保證完整性和可用性，每個數(shù)據(jù)的拷貝都會被做成鏡像，存儲在不同的磁盤陣列上。不過，這也意味著每份被存儲和被做成鏡像的數(shù)據(jù)將導致存儲容量膨脹五倍。隨著RAID陣列中的磁盤容量越來越大，將故障磁盤中的內(nèi)容恢復到新磁盤上所需要的時間也越來越長。

Day 稱：“實際上，我們在RAID上并沒有遇到操作問題。我們遇到的問題是，磁盤容量越來越大，如果磁盤組件出現(xiàn)故障，切換至冗余系統(tǒng)的時間將越來越長。奇偶校驗與生成的數(shù)據(jù)集的大小是成正比的。目前我們已經(jīng)開始在基礎設施中使用1太字節(jié)和2太字節(jié)的磁盤，這導致切換到冗余系統(tǒng)的時間更長。目前的發(fā)展趨勢并沒有朝著正確的方向發(fā)展。”

可靠性和可用性對于Shutterfly來說非常關鍵，這也是企業(yè)級存儲的需求。Day稱，快速增長的存儲成本使得商品化服務越來越具有吸引力。在Day和他的團隊對一些能夠讓Shutterfly控制成本的潛在技術解決方案進行投資的過程中，他們接觸到了一種名為糾刪碼的技術。這一技術引起了他們的興趣。

利用糾刪碼創(chuàng)建下一代存儲

Reed-Solomon糾刪碼最初是作為前身糾錯(FEC)代碼，用于在不可靠的信道中發(fā)送數(shù)據(jù)，例如深空探測任務中的數(shù)據(jù)傳輸。這一技術還被廣泛的應用在CD和DVD上，以處理灰塵和劃痕等光盤損傷問題。目前幾家存儲廠商已經(jīng)開始展開合作，將糾刪碼整合到他們的解決方案中。通過糾刪碼，數(shù)據(jù)段能夠被分解為多個小塊，每一小塊數(shù)據(jù)本身都是沒用的。然后，這些數(shù)據(jù)塊被分散到不同的硬盤上或是服務器上。只需要部分數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)就能夠隨時被重新恢復，甚至當硬盤故障導致多個數(shù)據(jù)塊丟失后，數(shù)據(jù)仍然能夠被完整地拼湊起來。換句話說，你不再需要創(chuàng)建多份數(shù)據(jù)拷貝，單個實例就能夠保證數(shù)據(jù)的完整性和可用性。

總部位于芝加哥的Cleversaf公司是較早涉足糾刪碼解決方案的廠商之一。該公司還通過增加存儲單元信息研發(fā)出了分散碼技術。該技術允許用戶在地理位置上相互獨立的地方，如在多個數(shù)據(jù)中心上存儲數(shù)據(jù)塊、或是片段。

由于每個片斷在數(shù)學意義上都是無用的，這使得其具有私密性和安全性。與RAID需要多份拷貝不同，信息分散技術僅使用一個單個實例數(shù)據(jù)，并且為了確保數(shù)據(jù)的完整性和可用性只進行了最低限制的擴展，因此公司可能節(jié)省90%的存儲成本。

Cleversafe 公司產(chǎn)品策略、營銷和客戶解決方案副總裁Russ Kennedy稱：“在重新將數(shù)據(jù)塊拼湊在一起時，你不必擁有每一個數(shù)據(jù)塊。所生成的全部數(shù)據(jù)塊的數(shù)量我們稱之為廣度，恢復數(shù)據(jù)所需要的最低限度的數(shù)據(jù)塊，我們稱之為閾值。這兩者之間的差異決定了數(shù)據(jù)的可靠性。當你同時丟失了節(jié)點和硬盤后，你仍然能夠恢復原始的數(shù)據(jù)。在RAID中你能夠獲得的最高的可靠性是雙奇偶校驗，你可以丟失兩塊硬盤。但是在我們的解決方案中，你可以丟失最多六塊硬盤。”

糾刪碼是一項以軟件為基礎的技術，這意味著該技術可以使用商用硬件，進一步壓縮擴展成本。

創(chuàng)建下一代存儲基礎設施

Day稱：“在找到了合適的技術后，我們將關注提供這種技術解決方案的廠商。同時，我們還關注如何創(chuàng)建它們。我們認為，如果能夠找到一家能夠滿足我們需求的公司，并且他們的系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過了實踐檢驗，那么對于我們來說是再好不過的了。”

Shutterfly讓四家廠商為他們評估和創(chuàng)建其數(shù)據(jù)中心所需要的存儲設備原型。Day稱，他們關注的重點是性能、可用性、容錯性和可管理性。

他解釋稱：“我們有專門的人員管理照片存檔。我們在2010年最大的一個顧慮是照片存檔越來越大。隨著存檔的日益增長，我們不得不增加管理人員的數(shù)量。這讓我們感到很頭疼。”

Day稱，Cleversafe的出現(xiàn)讓Shutterfly遇到了救星，該公司也希望與Shutterfly合作，為Shutterfly量身訂做解決方案。他們對這一新概念進行了仔細驗證，包括在Shutterfly實驗室中進行上傳和性能測試。在Shutterfly對運行和性能感到滿意后，Cleversafe推出了一款平行存儲基礎設施，同時公司將Shutterfly所有流量的一份拷貝引導至這一基礎設施上。

Day 稱：“每一份上傳的照片都被同時存儲在我們的老式基礎設施上和Cleversafe的基礎設施上。當時我們運行了六個月的時間，包括節(jié)假日。”節(jié)假日對于Shutterfly來說是使用高峰期，許多用戶都會創(chuàng)建相冊，并上傳大量的照片。

在2011年，Shutterfly將Cleversafe的解決方案全面應用于照片存檔中，并將其作為主要的照片存儲倉庫。

糾刪碼存儲的總擁有成本

Day 稱：“總體上，糾刪碼存儲是一個軟件解決方案，允許我們部署費效比更好的硬件。對于我們來說，它改變了總擁有成本。我們與硬件廠商打交道時擁有了更高的靈活性，我們可以確保在硬盤和基礎設施方面獲得最優(yōu)惠的價格。”

Day表示存儲池的管理也得到了極大的簡化。他稱：“現(xiàn)在我們基本上只需要增加存儲空間即可，隨后它們會自動的添加到我們所指定的存儲池中。以前，只有我們增加了額外的存儲，那么我們就不得不進折騰一翻。”

現(xiàn)在，如果一塊硬盤發(fā)生故障或是掉線了，Shutterfly的存儲基礎設施能夠將其標記為不可用狀態(tài)，并引導數(shù)據(jù)繞開這塊硬盤，同時迅速恢復這塊硬盤上的數(shù)據(jù)。以往當一塊硬盤或是多塊硬盤發(fā)生了故障，團隊會召集所有的人一起排除故障，現(xiàn)在他們的團隊只需注明故障，在計劃維護方案中替換掉受影響的基礎設施即可。

他稱：“這樣一來，我們不必再像以前一樣盡可能快的增加人手了?，F(xiàn)在，我們的人手仍然在增長，但是速度比以前慢多了。日常維護工作的工作量已經(jīng)下降了不少。管理員可以在他們感興趣的前瞻性項目中花上更多的時間。他們的工作重點已經(jīng)轉移至我們以往稱為附加工作的工作上去了。在增加員工人數(shù)和工作內(nèi)容方面，這一技術都產(chǎn)生了不錯的效果。”

數(shù)據(jù)存儲將讓公司具備敏銳的洞察力

盡管Shutterfly是一家需要處理海量數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)公司，但是如今大多數(shù)公司也都不得不面對大量數(shù)據(jù)，全球的公司正在存儲越來越多的數(shù)據(jù)。

他稱：“我們的存檔規(guī)模在五年內(nèi)將變得非常龐大，與比平均水平相比，要大幾個數(shù)量級。我們希望在四年或五年后能夠看到大量應用和技術投入市場，讓處理超大型數(shù)據(jù)集成為可能。讓人感到興奮的是，它們將允許公司觀察細微的數(shù)據(jù)，從而使得公司具有更加敏銳的業(yè)務洞察力。”

Day稱：“這是一個發(fā)展趨勢。目前我們還僅僅處于初級階段。隨著業(yè)務的互聯(lián)性、移動性以及與客戶實時互動程度的不斷提升，數(shù)據(jù)量將越來越大。對這些數(shù)據(jù)的分析可能將會對業(yè)務洞察力產(chǎn)生深遠影響。但是這些工作的首要條件是要能夠可靠地存儲這些海量數(shù)據(jù)。”

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