存储系统如何应对异常掉电问题？

2024-07-18 13:42:25 admin 2853

对于任何存储系统来说，异常掉电都是一个不得不面对的问题，因为不同用户的机房环境千差万别，理想的双路市电加ups这样的土豪配置成本太高了。很多年龄稍大的系统管理员估计依然还记得采用fat或者ext2文件系统时，断电重启后被fsck全盘扫描所支配的恐惧。

那么为什么会出现这样的情况呢？

其实机械磁盘每个时间点只能响应一个读写请求，ssd虽然可以并发的执行多个请求但也是有上限的，这就会造成一个问题：如果某个用户操作需更新磁盘上的多个不同位置，由于磁盘IO能力的限制是无法保证在同一时刻全部完成的。如下图所示，一个文件在文件系统中的主要信息包括以下3部分：文件的inode信息、数据块分配信息bitmap以及实际数据data blocks。当用户向文件追加写入时需要对这三部分都进行修改，但就像刚才说的，磁盘是无法保证在同一时间完成全部3部分的修改操作的，如果在这个过程中发生系统掉电的话，那么就会导致磁盘上的信息不一致了。

不过很多朋友可能会问了，我现在用的服务器有时也会掉电，怎么没遇见过需要全盘扫描的情况啊。这里我们就不得不感谢现代的日志型文件系统了，我们目前常用的ntfs，ext4，xfs等都是日志型文件系统，日志型文件系统借鉴了数据库领域的transaction概念，通过日志功能来保证操作的原子性，它的大概原理如下：

文件系统将上面文件系统涉及的3处磁盘修改操作封装成一个事务写入日志中，该事务包含用于校验完整性的头尾信息，只有该事务信息被commit到日志中后相关操作才会被真正的apply应用到具体磁盘位置，如下图所示：

当然以上只是一个非常简化的原理性描述，实际过程其实很复杂的，而且为了最大化系统的性能，工程上会进行大量的优化操作，而这些优化操作往往会导致保证一致性变的非常困难。另外，为了应对异常掉电，除了文件系统软件上的保证，硬件的可靠性一样重要：磁盘本身的可靠性，raid对掉电的异常处理等等。

总之，一个稳定可靠的存储是一个系统工程，需要对各个软硬件组件有深入的理解，核心重要数据的存储还是交给专业的存储厂商来做吧。