錯誤更正碼

MinIO 錯誤更正碼概觀

MinIO 實作錯誤更正碼作為提供資料冗餘和可用性的核心元件。此頁面提供 MinIO 錯誤更正碼的簡介。

如需 MinIO 如何在生產部署中使用錯誤更正碼的詳細資訊，請參閱可用性和彈性和部署架構。

錯誤更正碼基礎

注意

本節中的圖表和內容呈現 MinIO 錯誤更正碼運作的簡化視圖，並非旨在表示 MinIO 完整錯誤更正碼實作的複雜性。

MinIO 將每個伺服器集區中的磁碟機分組為一個或多個相同大小的 錯誤更正集。

Diagram of erasure set covering 4 nodes and 16 drives — 上述範例部署包含 4 個節點，每個節點有 4 個磁碟機。MinIO 使用由所有四個節點上的所有 16 個磁碟機組成的單一錯誤更正集初始化。

MinIO 在初始化伺服器集區時，會決定錯誤更正集的最佳數量和大小。在此初始設定之後，您無法修改這些設定。

對於每個寫入操作，MinIO 會將物件分割為資料和同位分片。

錯誤更正集條帶大小決定了部署的最大可能同位。用於確定要產生的資料和同位分片數量的公式是

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

Diagram of possible erasure set parity settings — 上述範例部署具有 16 個磁碟機的錯誤更正集。這可以支援 `EC:0` 和錯誤更正集磁碟機的 1/2 之間的同位，即 `EC:8`。

您可以將同位值設定為 0 到錯誤更正集大小的 1/2 之間。

Diagram of an object being sharded using MinIO's Reed-Solomon Erasure Coding algorithm. — MinIO 使用 Reed-Solomon 錯誤更正碼實作，並分割物件以分佈在錯誤更正集中。上面的範例部署的錯誤更正集大小為 16，同位為 `EC:4`

如果您稍後變更同位值，則以給定同位設定寫入的物件不會自動更新。

MinIO 需要至少 K 個任何類型的分片才能讀取物件。

此處的值 K 構成部署的 讀取仲裁。因此，錯誤更正集必須在錯誤更正集中至少有 K 個健康的磁碟機才能支援讀取操作。

Diagram of a 4-node 16-drive deployment with one node offline. — 此部署有一個離線節點，導致只剩下 12 個健康的磁碟機。該物件以 `EC:4` 寫入，讀取仲裁為 `K=12`。因此，此物件維持讀取仲裁，MinIO 可以重建它以進行讀取操作。

MinIO 無法重建失去讀取仲裁的物件。這類物件可能需要透過其他方式恢復，例如複寫重新同步。

MinIO 至少需要 K 個 erasure set 磁碟才能寫入物件。

此處的 K 值構成部署的寫入仲裁。因此，erasure set 必須至少有 K 個可用的線上磁碟才能支援寫入操作。

Diagram of a 4-node 16-drive deployment where one node is offline. — 此部署有一個節點離線，導致只剩下 12 個健康的磁碟。客戶端使用 `EC:4` 同位設定寫入物件，其中 erasure set 的寫入仲裁為 `K=12`。此 erasure set 維持寫入仲裁，因此 MinIO 可以用於寫入操作。

如果同位 EC:M 恰好是 erasure set 大小的 1/2，則寫入仲裁為 K+1

這可以防止發生腦裂類型的狀況，例如網路問題隔離了 erasure set 中恰好一半的磁碟。

Diagram of an erasure set with where Parity ``EC:M`` is 1/2 the set size — 由於暫時性網路故障，此部署有兩個節點離線。客戶端使用 `EC:8` 同位設定寫入物件，其中 erasure set 的寫入仲裁為 `K=9`。此 erasure set 已失去寫入仲裁，因此 MinIO 無法用於寫入操作。

K+1 邏輯確保客戶端不會有可能將相同物件寫入兩次 - 一次寫入 erasure set 的每個「一半」。

對於維持讀取仲裁的物件，MinIO 可以使用任何資料或同位分片來修復損壞的分片。

Diagram of MinIO using parity shards to heal lost data shards on a node. — 由於磁碟故障，具有 `EC:4` 的物件在 12 個資料分片中遺失了 4 個。由於物件維持了**讀取仲裁**，MinIO 可以使用可用的同位分片來修復這些遺失的資料分片。

使用 MinIO Erasure Coding Calculator 來探索您計劃的拓撲可能採用的 erasure set 大小和分佈。在可能的情況下，每個節點使用偶數個節點和磁碟，以簡化拓撲規劃和磁碟/erasure-set 分佈的概念化。

獨佔磁碟存取

MinIO 要求對用於物件儲存的磁碟或卷具有獨佔存取權。其他任何程序、軟體、腳本或人員都不應直接對提供給 MinIO 的磁碟或卷，或是 MinIO 放置在它們上面的物件或檔案執行任何操作。

除非 MinIO 工程部門指示，否則請勿使用腳本或工具直接修改、刪除或移動所提供磁碟上的任何資料分片、同位分片或中繼資料檔案，包括從一個磁碟或節點移動到另一個磁碟或節點。此類操作很可能導致超出 MinIO 修復能力的廣泛損壞和資料遺失。

抹除同位和儲存效率

為部署設定同位是可用性和總可用儲存空間之間的平衡。較高的同位值會增加對磁碟或節點故障的彈性，但會犧牲可用儲存空間，而較低的同位值則提供最大儲存空間，但對磁碟/節點故障的容忍度較低。使用 MinIO Erasure Code Calculator 來探索同位對您計劃的叢集部署的影響。

下表列出了在由 1 個節點和 16 個 1TB 磁碟組成的 MinIO 部署中，不同抹除程式碼同位級別的結果

16 個磁碟 MinIO 叢集上的同位設定結果
同位	總儲存空間	儲存比例	讀取操作的最低磁碟數量	寫入操作的最低磁碟數量
`EC: 4` (預設)	12 兆位元組	0.750	12	12
`EC: 6`	10 兆位元組	0.625	10	10
`EC: 8`	8 兆位元組	0.500	8	9

位元衰減保護

位元衰減是指儲存媒體層級隨機變更導致的無聲資料損壞。對於資料磁碟而言，通常是代表資料的電荷或磁方位衰減所致。這些來源可能包括停電期間的小電流尖峰，到導致位元翻轉的隨機宇宙射線。產生的「位元衰減」可能會在資料媒體上造成細微的錯誤或損壞，而不會觸發監視工具或硬體。

MinIO 對 HighwayHash 演算法的優化實作可確保它能即時擷取和修復損壞的物件。透過計算 READ 上的雜湊值，並在 WRITE 從應用程式、跨網路以及到記憶體或磁碟進行驗證，確保端對端的完整性。此實作旨在提高速度，在 Intel CPU 的單核心上可以實現超過 10 GB/秒的雜湊速度。