【MinIO理论】MinIO Erasure Code Quickstart Guide

本文介绍了擦除码这一数据保护技术,特别关注其在MinIO中的应用。擦除码通过数学算法实现数据的冗余存储,即使面对多个驱动器故障也能确保数据安全。文章对比了擦除码与RAID及副本技术的区别,强调了擦除码在对象级修复和高效数据保护方面的优势。

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什么是擦除码?

       擦除码是一种重建丢失数据或损坏数据的数学算法。MinIO使用Reed-Solomon码将对象分成可变数据和奇偶校验块。例如,在12个驱动器的设置中,一个对象会分片成一定数量的数据块和奇偶校验块,并分布存储到所有驱动器上,范围从6个数据块和6个奇偶校验块到10个数据块和2个奇偶校验块。
       默认情况下,MinIO按照N/2个数据块和N/2个奇偶校验块来对对象进行分片,其中N为驱动器数量。不过,可以使用存储类来自定义配置。我们建议使用N/2个数据块和奇偶校验块,因为它可以确保对驱动器故障提供最佳保护。
       在上面12驱动器的示例中,MinIO服务器以默认配置运行时,您可以丢失任意六个驱动器,并且仍然可以从其余驱动器可靠地重建数据。

擦除码为什么是有用的?

       与RAID或副本方式不同,擦除码可保护数据免受多个驱动器故障的影响。例如,RAID6可以防止两个驱动器发生故障,而在MinIO擦除码中,您可以丢失多达一半的驱动器,而且数据仍然是安全的。此外,MinIO的擦除码位于对象级别,可以一次修复一个对象。对于RAID,只能在卷级别进行修复,这会导致较高的停机时间。由于MinIO对每个对象进行单独编码,因此可以逐步修复对象。存储服务器一旦部署后,在服务器的生命周期内不应该更换驱动器或进行修复。MinIO的擦除码后端是为提高操作效率而设计的,并充分利用了硬件加速的优势。

 什么是位衰减?

位衰减 ,也称为数据衰减或静默数据损坏,是当今磁盘驱动器面临的一个数据丢失问题。驱动器上的数据可能会悄无声息地损坏,而不会发出错误信号,这使得位损坏比永久性硬盘驱动器故障更危险。MinIO的擦除码后端使用高效的HighwayHash校验和来防止位衰减。

磁盘驱动器如何使用擦除码?

       MinIO中的擦除编码集可以包含4到16个驱动器。因此,您提供的驱动器数量必须是其中一个数字的倍数。每个对象都被写入一个擦除编码集。

       在给定数量的磁盘驱动器下Minio使用尽可能大的EC集规模。例如,18个驱动器(超过4~16,需分为两组)配置为2组9个驱动器,24个驱动器配置为2组12个驱动器。MinIO以standalone erasure coded方式运行时,这种情况是真实的。然而,在分布式设置中,选择了基于节点(亲和性)的擦除条带大小。

所有驱动器的大小应大致相同。

翻译自:https://github.com/minio/minio/blob/master/docs/erasure/README.md

重点:

  1. 官方建议:建议使用N/2个数据块和奇偶校验块,因为它可以确保对驱动器故障提供最佳保护。
  2. MinIO中的擦除编码集可以包含4到16个驱动器。在给定数量的磁盘驱动器下Minio使用尽可能大的EC集规模。
### MinIO 对象存储理论概念与原理 #### 定义与特性 MinIO 是一种高性能的对象存储系统,专为处理大规模非结构化数据而设计。作为软件定义的基础设施组件,MinIO 支持通过标准 S3 API 进行访问[^1]。 #### 架构组成 MinIO 系统由多个节点构成分布式集群,每个节点运行独立的服务实例并管理本地磁盘资源。这种架构允许水平扩展以适应不断增长的数据量需求。当客户端上传对象时,这些对象会被分布到各个节点上保存,确保高可用性和持久性。 #### 数据组织方式 在 MinIO 中,所有的文件都被称为对象(Object),它们被存放在桶(Bucket)内。每一个 Bucket 都是一个独立命名的空间,不同 Bucket 下的对象名称可以重复而不冲突。这类似于传统文件系统的目录结构,但提供了更灵活的操作模式和更高的并发度。 #### 工作流程解析 - **写入过程**: 当应用程序向 MinIO 发起 PUT 请求来创建新对象或更新现有对象时,该请求会先到达前端网关层。随后,Erasure Coding 编码算法会对传入的数据流进行分片处理,并附加冗余校验位;接着将得到的结果均匀分配给参与此次操作的所有成员节点,在各自负责的部分完成实际物理写入动作之前还要经历一系列验证步骤以保障事务一致性。 - **读取过程**: GET 类型的查询命令触发后端检索机制启动,它依据元数据索引快速定位目标位置所在的具体硬盘扇区地址范围,进而高效提取所需片段并通过网络传输回发起方。值得注意的是,即使部分副本不可达也不会影响整体服务连续性,因为其他完好无损的拷贝足以重建原始内容供外部调用。 ```python import boto3 s3_client = boto3.client('s3', endpoint_url='https://minio-server-url', aws_access_key_id='YOUR_ACCESS_KEY', aws_secret_access_key='YOUR_SECRET_KEY') response = s3_client.list_buckets() print(response['Buckets']) ```
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