存儲(chǔ)基礎(chǔ)知識(shí)（六）：數(shù)據(jù)一致性

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一、概述
數(shù)據(jù)一致性是指關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系是否正確和完整。問(wèn)題可以理解為應(yīng)用程序自己認(rèn)為的數(shù)據(jù)狀態(tài)與最終寫(xiě)入到磁盤(pán)中的數(shù)據(jù)狀態(tài)是否一致。比如一個(gè)事務(wù)操作，實(shí)際發(fā)出了五個(gè)寫(xiě)操作，當(dāng)系統(tǒng)把前面三個(gè)寫(xiě)操作的數(shù)據(jù)成功寫(xiě)入磁盤(pán)以后，系統(tǒng)突然故障，導(dǎo)致后面兩個(gè)寫(xiě)操作沒(méi)有寫(xiě)入磁盤(pán)中。此時(shí)應(yīng)用程序和磁盤(pán)對(duì)數(shù)據(jù)狀態(tài)的理解就不一致。當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)以后，數(shù)據(jù)庫(kù)程序重新從磁盤(pán)中讀出數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)再邏輯上存在問(wèn)題，數(shù)據(jù)不可用。
二、Cache引起的數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題
引起數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題的一個(gè)主要原因是位于數(shù)據(jù)I/O路徑上的各種Cache或Buffer（包括數(shù)據(jù)庫(kù)Cache、文件系統(tǒng)Cache、存儲(chǔ)控制器 Cache、磁盤(pán)Cache等）。由于不同系統(tǒng)模塊處理數(shù)據(jù)IO的速度是存在差異的，所以就需要添加Cache來(lái)緩存IO操作，適配不同模塊的處理速度。這些Cache在提高系統(tǒng)處理性能的同時(shí)，也可能會(huì)“滯留”IO操作，帶來(lái)一些負(fù)面影響。如果在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，仍有部分IO“滯留”在IO操作中，真正寫(xiě)到磁盤(pán)中的數(shù)據(jù)就會(huì)少于應(yīng)用程序?qū)嶋H寫(xiě)出的數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)的不一致。當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)，直接從硬盤(pán)中讀出的數(shù)據(jù)可能存在邏輯錯(cuò)誤，導(dǎo)致應(yīng)用無(wú)法啟動(dòng)。盡管一些數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（如Oracle、DB2）可以根據(jù)redo日志重新生成數(shù)據(jù)，修復(fù)邏輯錯(cuò)誤，但這個(gè)過(guò)程是非常耗時(shí)的，而且也不一定每次都能成功。對(duì)于一些功能相對(duì)較弱的數(shù)據(jù)庫(kù)（如SQL Server），這個(gè)問(wèn)題就更加嚴(yán)重了。
解決此類(lèi)文件的方法有兩個(gè)，關(guān)閉Cache或創(chuàng)建快照（Snapshot）。盡管關(guān)閉Cache會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)處理性能的下降，但在有些應(yīng)用中，這卻是唯一的選擇。比如一些高等級(jí)的容災(zāi)方案中（RPO為0），都是利用同步鏡像技術(shù)在生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心之間實(shí)時(shí)同步復(fù)制數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)復(fù)制的，所以就必須要關(guān)閉Cache。
快照的目的是為數(shù)據(jù)卷創(chuàng)建一個(gè)在特定時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)視圖，通過(guò)這個(gè)視圖只可以看到數(shù)據(jù)卷在創(chuàng)建時(shí)刻的數(shù)據(jù)，在此時(shí)間點(diǎn)之后源數(shù)據(jù)卷的更新（有新的數(shù)據(jù)寫(xiě)入），不會(huì)反映在快照視圖中。利用這個(gè)快照視圖，就可以做數(shù)據(jù)的備份或復(fù)制。那么快照視圖的數(shù)據(jù)一致性是如何保證的呢？這涉及到多個(gè)實(shí)體（存儲(chǔ)控制器和安裝在主機(jī)上的快照代理）和一系列的動(dòng)作。典型的操作流程是：存儲(chǔ)控制器要為某個(gè)數(shù)據(jù)卷創(chuàng)建快照時(shí)，通知快照代理；快照代理收到通知后，通知應(yīng)用程序暫停IO操作（進(jìn)入 backup模式），并flush數(shù)據(jù)庫(kù)和文件系統(tǒng)中的Cache，之后給存儲(chǔ)控制器返回消息，指示已可以創(chuàng)建快照；存儲(chǔ)控制器收到快照代理返回的指示消息后，立即創(chuàng)建快照視圖，并通知快照代理快照創(chuàng)建完畢；快照代理通知應(yīng)用程序正常運(yùn)行。由于應(yīng)用程序暫停了IO操作，并且flush了主機(jī)中的 Cache，所以也就保證了數(shù)據(jù)的一致性。
創(chuàng)建快照是對(duì)應(yīng)用性能是有一定的影響的（以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫(kù)為例，進(jìn)入Backup模式大約需要2分鐘，退出Backup模式需要1分鐘，再加上通信所需時(shí)間，一次快照需要約4分鐘的時(shí)間），所以快照的創(chuàng)建不能太頻繁。
三、時(shí)間不同步引起的數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題
引起數(shù)據(jù)不一致性的另外一個(gè)主要原因是對(duì)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)數(shù)據(jù)卷進(jìn)行操作（如備份、復(fù)制）時(shí)，在時(shí)間上不同步。比如一個(gè)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)庫(kù)文件、 Redo日志文件、歸檔日志文件分別存儲(chǔ)在不同的卷上，如果在備份或復(fù)制的時(shí)候未考慮幾個(gè)卷之間的關(guān)聯(lián)，分別對(duì)一個(gè)個(gè)卷進(jìn)行操作，那么備份或復(fù)制生成的卷就一定存在數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。
此類(lèi)問(wèn)題的解決方法就是建立“卷組（Volume Group）”，把多個(gè)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)卷組成一個(gè)組，在創(chuàng)建快照時(shí)同時(shí)為組內(nèi)多個(gè)卷建立快照，保證這些快照在時(shí)間上的同步。之后再利用卷的快照視圖進(jìn)行復(fù)制或備份等操作，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)副本就嚴(yán)格保證了數(shù)據(jù)的一致性。
四、文件共享中的數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題
通常所采用的雙機(jī)或集群方式實(shí)現(xiàn)同構(gòu)和異構(gòu)服務(wù)器、工作站與存儲(chǔ)設(shè)備間的數(shù)據(jù)共享，主要應(yīng)用在非線性編輯等需要多臺(tái)主機(jī)同時(shí)對(duì)一個(gè)磁盤(pán)分區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)。
在 NAS環(huán)境中，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享協(xié)議N FS或CIFS來(lái)做到數(shù)據(jù)的共享。但是如果不在NAS環(huán)境中，多臺(tái)主機(jī)同時(shí)對(duì)一個(gè)磁盤(pán)分區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)會(huì)帶來(lái)寫(xiě)入數(shù)據(jù)一致性的問(wèn)題，造成文件系統(tǒng)被破壞或者當(dāng)前主機(jī)寫(xiě)入后其它主機(jī)不能讀取當(dāng)前寫(xiě)入數(shù)據(jù)的問(wèn)題。可以通過(guò)使用數(shù)據(jù)共享軟件裝在多臺(tái)主機(jī)上來(lái)實(shí)現(xiàn)磁盤(pán)分區(qū)的共享。由數(shù)據(jù)共享軟件來(lái)調(diào)配多臺(tái)主機(jī)數(shù)據(jù)的寫(xiě)入，保證數(shù)據(jù)的一致性

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