擦除编码

MinIO 擦除编码概述

MinIO 将擦除编码作为提供数据冗余和可用性的核心组件来实现。本页介绍了 MinIO 擦除编码。

有关 MinIO 如何在生产部署中使用擦除编码的更多信息，请参见可用性和弹性和部署架构。

擦除编码基础知识

注意

本节中的图表和内容提供了 MinIO 擦除编码操作的简化视图，并非旨在代表 MinIO 完整擦除编码实现的复杂性。

MinIO 将每个服务器池中的驱动器分组到一个或多个相同大小的 擦除集 中。

Diagram of erasure set covering 4 nodes and 16 drives — 上面的示例部署包含 4 个节点，每个节点包含 4 个驱动器。MinIO 以单个擦除集初始化，该擦除集包含所有四个节点中的所有 16 个驱动器。

MinIO 在初始化服务器池时会确定擦除集数量和大小的最佳值。在此初始设置后，您无法修改这些设置。

对于每个写入操作，MinIO 会将对象划分为数据和 奇偶校验 分片。

擦除集条带大小决定了部署的最大可能奇偶校验。确定要生成的数据和奇偶校验分片数量的公式为

N (ERASURE SET SIZE) = K (DATA) + M (PARITY)

Diagram of possible erasure set parity settings — 上面的示例部署具有 16 个驱动器的擦除集。这可以支持 `EC:0` 和 1/2 擦除集驱动器之间的奇偶校验，或 `EC:8`。

您可以在 0 到 1/2 擦除集大小之间设置奇偶校验值。

Diagram of an object being sharded using MinIO's Reed-Solomon Erasure Coding algorithm. — MinIO 使用 Reed-Solomon 擦除编码实现，并将对象分区以分布到擦除集中。上面的示例部署具有 16 个驱动器的擦除集大小和 `EC:4` 的奇偶校验

如果以后更改奇偶校验值，使用给定奇偶校验设置写入的对象不会自动更新。

MinIO 要求至少有 K 个任何类型的分片才能读取对象。

此处的 K 值构成部署的 读取仲裁。因此，擦除集必须至少有 K 个健康的驱动器才能支持读取操作。

Diagram of a 4-node 16-drive deployment with one node offline. — 此部署有一个离线节点，导致只有 12 个剩余的健康驱动器。对象使用 `EC:4` 编写，读取仲裁为 `K=12`。因此，该对象保持读取仲裁，MinIO 可以重建它以进行读取操作。

MinIO 无法重建丢失读取仲裁的对象。此类对象可以通过其他方式恢复，例如复制重新同步。

MinIO 需要至少 K 个擦除集驱动器才能写入对象。

此处的 K 值构成了部署的写入仲裁。因此，擦除集必须至少具有 K 个可用的在线驱动器才能支持写入操作。

Diagram of a 4-node 16-drive deployment where one node is offline. — 此部署有一个离线节点，导致只有 12 个剩余的健康驱动器。客户端使用 `EC:4` 奇偶校验设置写入一个对象，其中擦除集的写入仲裁为 `K=12`。此擦除集保持写入仲裁，MinIO 可以使用它进行写入操作。

如果奇偶校验 EC:M 恰好是擦除集大小的 1/2，则写入仲裁为 K+1

这可以防止出现诸如网络问题将擦除集驱动器的一半与另一半隔离之类的脑裂类型场景。

Diagram of an erasure set with where Parity ``EC:M`` is 1/2 the set size — 此部署由于瞬态网络故障而有两个节点离线。客户端使用 `EC:8` 奇偶校验设置写入一个对象，其中擦除集的写入仲裁为 `K=9`。此擦除集已丢失写入仲裁，MinIO 无法使用它进行写入操作。

K+1 逻辑确保客户端不可能将同一个对象写入两次 - 一次写入擦除集的每个“一半”。

对于维护读取仲裁的对象，MinIO 可以使用任何数据或奇偶校验分片来修复损坏的分片。

Diagram of MinIO using parity shards to heal lost data shards on a node. — 具有 `EC:4` 的对象由于驱动器故障而丢失了 12 个数据分片中的四个。由于对象已维护**读取仲裁**，MinIO 可以使用可用的奇偶校验分片来修复丢失的数据分片。

使用 MinIO 的擦除编码计算器来探索计划拓扑中可能的擦除集大小和分布。在可能的情况下，使用偶数个节点和每个节点的驱动器来简化拓扑规划和驱动器/擦除集分布的概念化。

对驱动器的独占访问

MinIO 要求对用于对象存储的驱动器或卷进行独占访问。任何其他进程、软件、脚本或人员不应直接对提供给 MinIO 的驱动器或卷执行任何操作，也不应对 MinIO 在其上放置的对象或文件执行任何操作。

除非 MinIO 工程师指示，否则不要使用脚本或工具直接修改、删除或移动提供驱动器上的任何数据分片、奇偶校验分片或元数据文件，包括从一个驱动器或节点移动到另一个驱动器或节点。此类操作很可能导致广泛的损坏和数据丢失，超出了 MinIO 的修复能力。

擦除奇偶校验和存储效率

为部署设置奇偶校验是在可用性和总可用存储之间取得平衡。较高的奇偶校验值会提高对驱动器或节点故障的弹性，但会以可用存储为代价，而较低的奇偶校验会提供最大存储，但对驱动器/节点故障的容忍度降低。使用 MinIO 的擦除代码计算器来探索奇偶校验对计划的集群部署的影响。

下表列出了在包含 1 个节点和 16 个 1TB 驱动器的 MinIO 部署中，不同擦除代码奇偶校验级别带来的结果。

奇偶校验设置对 16 个驱动器 MinIO 集群的影响
奇偶校验	总存储	存储比率	读取操作的最小驱动器数	写入操作的最小驱动器数
`EC: 4`（默认）	12 TeBibytes	0.750	12	12
`EC: 6`	10 TeBibytes	0.625	10	10
`EC: 8`	8 TeBibytes	0.500	8	9

位腐烂保护

位腐烂是由于存储介质级别的随机更改而导致的静默数据损坏。对于数据驱动器，它通常是由于表示数据的电荷或磁极性的衰减造成的。这些来源可以从停电期间的小电流尖峰到导致位翻转的随机宇宙射线。由此产生的“位腐烂”会导致数据介质上的细微错误或损坏，而不会触发监控工具或硬件。

MinIO 对 HighwayHash 算法的优化实现确保它可以实时捕获和修复损坏的对象。从应用程序到网络以及到内存或驱动器，通过在 READ 上计算哈希值并在 WRITE 上验证它来确保端到端的完整性。该实现旨在提高速度，并且可以在 Intel CPU 的单个核心上实现超过 10 GB/秒的哈希速度。