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关于《炉石传说》数据库故障和回档的消息，我想不少同行朋友都看到了，这两天也有几位DBA、运维专家从技术角度写了不错的分析文章。
记得去年5月，我也写过一篇《Salesforce曝数据丢失原因：存储阵列固件bug？》，以数据库外行的身份简单做了下分析。当时是Oracle数据库+传统集中式存储阵列的配置，而本次业内朋友多猜测炉石传说用的是MySQL，那么数据更多的可能是 在服务器本地RAID上。
由于官方声明中提到了断电，我看叶金荣老师的文章中提到这样一种假设——“有可能还在使用老式的锂电池BBU。所以断电后很容易导致阵列卡cache中的数据丢失，数据库也跟着损坏，以前没少才踩这个坑…”
这让我联想起前几天冬瓜哥发的一篇《为什么Raid卡电池被换为超级电容》，其中有这样一段：
“早期的时候，在某大型互联网公司曾经出现过因为Raid卡固件bug导致的大面积业务瘫痪。当时场景是这样的：由于Raid卡固件bug，到了某个日期时，突然报告电池故障，其实电池并没有故障。随后Raid卡自动进入WriteThrough模式，导致数千台服务器写性能骤降，前端业务直接瘫痪…”
那么，使用BBU电池来做RAID卡缓存掉电保护，真的有这些缺点吗？叶老师和冬瓜哥所说的问题，现在的产品有没有针对性设计考虑？
人说电容好，为啥还有RAID 卡选择电池方案？
关于电池还是电容这个话题，从2009年撰写《永不消逝的缓存数据：Adaptec 5445Z RAID卡评测》时我就开始关注了。
请注意上面照片中的电容包在机箱中的固定方式——当年我在一台工作站上DIY的。不得不说，Adaptec这个品牌在我心中的地位是无法抹去的。当年这款5系列RAID卡使用的主控还是Intel IOP348，在被PMC收购之前。
就在那篇文章中我还曾总结过上面电容+Flash缓存保护相对于传统BBU方案的2条优势，其中引用的数字来自Adaptec ZMCP技术资料，因此大致是站在对电容有利的角度。今天我们就来看看反面观点。
这两年也曾有朋友问我某品牌服务器为什么没有电容保护的RAID卡，为此我找到一份2012年6月的资料《A Comparison Between Li Ion Battery and SupercapTechnologies》（Dell技术白皮书）。
我们知道当前Dell PowerEdge 13G服务器上使用的12Gb SAS RAID是PERC9系列，而这份资料是围绕上一代的PERC8来讲的。
首先，做为现代化的RAID卡，BBU方案也带有backup to Flash（备份到闪存）的设计。BBU供电时间有个1-2分钟足够，对电池实际电量的要求大幅降低，也不用再担心供电恢复时间长而导致写缓存中数据丢失了。
在同等条件下，选择锂离子电池还是超级电容，在服务器设计时都有哪些因素要考虑呢？
-支持新风（Fresh Air）数据中心的散热配置；
-没有性能影响的免维护；
-容量随时间下降要在最恶劣的条件下支持3年保证；（5年或更长如何？）
-物理尺寸和在服务器中的位置，影响服务器开发团队能够达到的最大内存和IO密度。（如刀片/1U机器上的RAID卡模块尺寸）
充放电周期
根据常识，超级电容比锂离子电池支持更大数量的充放电周期。而它们只是用于RAID卡掉电保护的应急电源，平时不需要频繁充放电，所以这一点的影响不明显。
电量密度和物理尺寸
标准超级电容能做到3-5Wh/kg，而锂离子电芯的电量密度则达到100-250Wh/kg，同等重量下后者是前者的30-50倍。由于不同的电量密度，加上较低的最大输出电压，一个超级电容包需要多个电容串行或者并行连接，这个增加了物理尺寸和设计复杂性。
降级和寿命估算
我们知道超级电容和锂离子电池在60-65℃高温下都会加速老化。一般来说，每升高10摄氏度，电容生命周期的缩短速度是锂电池的2倍。
上面图表中的PERC8电池寿命估算，实线为实测而虚线为估算，标星号的虚线以上代表理想工作状况。
从机箱前端进风口到后端（服务器RAID卡位置），我们一般预期环境温度上升10-15℃。那么绿线（40℃）描绘了一个典型的数据中心的机房温度——保持在25-30℃。在这种情况下，PERC8的RAID卡的电池电量在3年后还能保持大约78%的水平，个人感觉实际使用5年或以上应该ok。
在冷却装置减少的数据中心，极限条件下服务器进风温度可能短时达到45℃，此时电池体验到的的温度会达到55℃或者更高。此时PERC8 RAID卡设计支持新风部署，并能够保证3年的电池寿命。在常规部署中，这种高温能力在空调故障或者其它异常事件（如出风口堵塞）中给用户提供了更长的应变时间，以降低风险。
注：Dell FreshAir新风2.0标准可持续耐受40°C (104°F)的进气，耐受最高45 °C (113 °F)的时间长达每年90个小时，建议连续工作不超过1小时。
故障点比较
举例：设计目标为60秒的后备电源到一个RAID卡子系统，来完成数据缓存备份操作到非易失性闪存。
持久时间：60秒
平均电流：750mA
最小放电电压：3V
通过计算，达到上述条件需要3组两两串联的20F 2.7V电容并连使用，总共的故障点达到了6个。
实际情况似乎要好一些。以实际产品为例，2009年的Adaptec 5445Z（512MB缓存）使用了两个2.5V 33F超级电容，串联容量为16.5F；而到了2012年1GB缓存的Adaptec 71605 6Gb SAS RAID卡，两个电容提升为上图中的2.7V 60F（等效于5.4V 30F），估计是因为要备份的数据量增加了。相比之下PERC9具备2GB Cache容量的型号，而下一代RAID卡上出现4GB DRAM也不奇怪…
PERC RAID 卡在电池方面的改进
1 、透明学习周期（TransparentLearn Cycles，不是闪存那个TLC）
这个道理和手机等设备的锂离子电池差不多。为了充分激活容量并保证寿命，锂电池需要定期进行充放电，朋友们在十几年前可能也像我一样听到过类似的建议——手机前3次必须充满，并且尽量减少在还有一定电量时充电。而后来厂商们不怎么提这些注意事项了，不完全充电并不会给充放电循环周期带来明显的影响。这应该与电池（含充电）技术的发展有关。
在本文开头冬瓜哥提到的那个bug，估计就是出在RAID卡定期执行电池充放电这个特性上。早期的RAID卡执行的是完整充放电，如果按照默认保证数据一致性的设定“Write-Through with bad BBU”，会有一段的时间写缓存被禁用的情况，这期间RAID卡写性能降低。而Dell从PERC8开始，TransparentLearn Cycle执行的是部分放电，不会影响到Write-Back写策略。同时，该技术在后台运行对用户完全透明，不需要计划或者关注学习周期的运行。总之就是不影响性能且免维护。
2 、整合到RAID 卡
由于有备份到闪存的设计，电芯的尺寸较小，电池包直接集成到RAID控制卡上。这意味着无需单独固定，没有复杂的连线方案和设计中去掉线缆。
集成锂电池单元的Dell H730(P) mini板载12Gb SAS RAID卡。这种专用接口的RAID卡模块可以降低成本，并节约服务器的PCIe扩展槽位。如果把锂电池换成电容的话，估计尺寸会大不少。
3 、电池质保3 年
从PERC8 RAID卡开始电池包的保修从1年提高到3年。考虑到电池备份方案较高的裕量，该设计预期在超过3年后也能运行良好（具体用户的年限取决于环境温度等）。
从RAID 卡到存储系统
在本文讨论的基础上再延伸一点，去年的《存储峰会随笔：写缓存掉电保护那点事》中我还曾写过：
“最终产品用电池还是电容？提供的电量是多大？主要看2个因素：
1、要写入闪存的内存容量是多少，主要涉及到内存条数和供电时间；
2、除了内存和Flash之外，写入过程还需要给哪些组件供电，比如单纯用FPGA实现，或者要保持CPU的内存控制器工作；
3、这里我再补充个第三条吧。虽然现在基本都将数据备份到闪存了，但还是有人用锂电池。除了电量富余之外，还可以在一段时间内保持内存中的数据，以便再次通电后减少启动恢复的时间。”
总结：电池还要为数据库损坏背锅吗？
综上所述，站在今天技术的角度，如果选择一款合适的带有BBU电池保护RAID卡的服务器，应该基本可以达到与超级电容一样的效果。大家没必要为此而纠结吧？
参考资料
《A Comparison Between Li Ion Battery and Supercap Technologies》
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