Minio入门系列【2】纠删码

1 纠删码

Minio使用纠删码erasure code和校验和checksum来保护数据免受硬件故障和无声数据损坏。 即便丢失一半数量(N/2)的硬盘,仍然可以恢复数据

1.1 什么叫纠删码

纠删码是一种用于重建丢失或损坏数据的数学算法。

纠删码(erasure coding,EC)是一种数据保护方法,它将数据分割成片段,把冗余数据块扩展、编码,并将其存储在不同的位置,比如磁盘、存储节点或者其它地理位置。
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Minio采用Reed-Solomon code将对象拆分成N/2数据和N/2 奇偶校验块。 这就意味着如果是12块盘,一个对象会被分成6个数据块、6个奇偶校验块,你可以丢失任意6块盘(不管其是存放的数据块还是奇偶校验块),你仍可以从剩下的盘中的数据进行恢复。

1.2 为什么纠删码有用?

纠删码的工作原理和RAID或者复制不同,像RAID6可以在损失两块盘的情况下不丢数据,而Minio纠删码可以在丢失一半的盘的情况下,仍可以保证数据安全。 而且Minio纠删码是作用在对象级别,可以一次恢复一个对象,而RAID是作用在卷级别,数据恢复时间很长。 Minio对每个对象单独编码,存储服务一经部署,通常情况下是不需要更换硬盘或者修复。Minio纠删码的设计目标是为了性能和尽可能的使用硬件加速。
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1.3 什么是位衰减bit rot保护?

位衰减又被称为数据腐化Data Rot、无声数据损坏Silent Data Corruption,是目前硬盘数据的一种严重数据丢失问题。硬盘上的数据可能会神不知鬼不觉就损坏了,也没有什么错误日志。正所谓明枪易躲,暗箭难防,这种背地里犯的错比硬盘直接咔咔宕了还危险。 不过不用怕,Minio纠删码采用了高速 HighwayHash 基于哈希的校验和来防范位衰减。

2 纠错码单机模式环境搭建

2.1 创建存储文件夹

这里直接在D盘下创建了四个文件夹,也可以在不同的盘符下创建。
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2.2 启动

直接在启动命名最后添加多个存贮位置就可以了。

# 设置用户名
set MINIO_ROOT_USER=admin
# 设置密码(8位)
set MINIO_ROOT_PASSWORD=admin123
# 指定启动端口(未指定默认9000)、控制台端口90001及存储位置
minio.exe  server  --address :9000 --console-address :9001 D:\tools\minio\data01  D:\tools\minio\data02 D:\tools\minio\data03 D:\tools\minio\data04

启动命令后,控制台显示了警告信息,这里只配置了4个位置,所以两个以上损坏就会造成数据不可用。

警告:主机本地有2个以上的驱动器故障,将导致数据变得不可用。

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Status显示当前4个驱动器在线,0个不在线。

登录后查看控制台,也能看到当前所有驱动器的状态。

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2.3 测试

首先上传一张150K大小的照片。
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查看硬盘中文件,发现这4个文件下都存在以上传文件名命名的文件夹,而不是直接的文件了,是以文件名创建文件夹,然后将文件分片为了文件块的元数据。
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然后我们删除data03和data04文件夹,然后会发现,被删除的文件夹竟然马上自动恢复了过来。然后直接删除data03和data04文件夹下的元数据:
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发现尽管删除了两份分片数据,依然可以正常下载。
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接着再删了一个元数据,发现该文件就会找不到了,说明半数以上元数据丢失,这个文件就真的找不到了。。。
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3 分布式MinIO

分布式Minio可以让你将多块硬盘(甚至在不同的机器上)组成一个对象存储服务。由于硬盘分布在不同的节点上,分布式Minio避免了单点故障。
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3.1 分布式存储可靠性常用方法

分布式存储,很关键的点在于数据的可靠性,即保证数据的完整,不丢失,不损坏。只有在可靠性实现的前提下,才有了追求一致性、高可用、高性能的基础。而对于在存储领域,一般对于保证数据可靠性的方法主要有两类,一类是冗余法,一类是校验法。

3.1.1 冗余

冗余法最简单直接,即对存储的数据进行副本备份,当数据出现丢失,损坏,即可使用备份内容进行恢复,而副本备份的多少,决定了数据可靠性的高低。这其中会有成本的考量,副本数据越多,数据越可靠,但需要的设备就越多,成本就越高。可靠性是允许丢失其中一份数据。当前已有很多分布式系统是采用此种方式实现,如Hadoop的文件系统(3个副本),Redis的集群,MySQL的主备模式等。

3.1.2 校验

校验法即通过校验码的数学计算的方式,对出现丢失、损坏的数据进行校验、还原。注意,这里有两个作用,一个校验,通过对数据进行校验和( checksum )进行计算,可以检查数据是否完整,有无损坏或更改,在数据传输和保存时经常用到,如TCP协议;二是恢复还原,通过对数据结合校验码,通过数学计算,还原丢失或损坏的数据,可以在保证数据可靠的前提下,降低冗余,如单机硬盘存储中的RAID技术,纠删码(Erasure Code)技术等。MinlO采用的就是纠删码技术。

3.2 分布式Minio有什么好处?

在大数据领域,通常的设计理念都是无中心和分布式。Minio分布式模式可以帮助你搭建一个高可用的对象存储服务,你可以使用这些存储设备,而不用考虑其真实物理位置。

3.2.1 数据保护

分布式Minio采用 纠删码来防范多个节点宕机和位衰减bit rot。

分布式Minio至少需要4个硬盘,使用分布式Minio自动引入了纠删码功能。

3.2.2 高可用

单机Minio服务存在单点故障,相反,如果是一个有N块硬盘的分布式Minio,只要有N/2硬盘在线,你的数据就是安全的。不过你需要至少有N/2+1个硬盘来创建新的对象。

例如,一个16节点的Minio集群,每个节点16块硬盘,就算8台服務器宕机,这个集群仍然是可读的,不过你需要9台服務器才能写数据。

注意,只要遵守分布式Minio的限制,你可以组合不同的节点和每个节点几块硬盘。比如,你可以使用2个节点,每个节点4块硬盘,也可以使用4个节点,每个节点两块硬盘,诸如此类。

3.2.3 一致性

Minio在分布式和单机模式下,所有读写操作都严格遵守read-after-write一致性模型。

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