Storage - cursos.delaf.cl fileSubsistemas de disco inteligentes T ecnicas de entrada y salida...

IntroduccionSubsistemas de disco inteligentes

Tecnicas de entrada y salida

Storage

Esteban De La Fuente Rubio

SASCO

7 de noviembre de 2013

Esteban De La Fuente Rubio Storage



Tabla de contenidos

1 IntroduccionArquitectura de servidor centralArquitectura de almacenamiento central

2 Subsistemas de disco inteligentesJBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes

3 Tecnicas de entrada y salidaSCSIFibre Channel SANIP Storage




Arquitectura de servidor centralArquitectura de almacenamiento central

Introduccion

NAS: Network Attached Storage.

SAN: Storage Area Networks.

Nos preocuparemos de las SANs





Introduccion (2)

Un solo disco duro nunca sera suficiente, ¿por el tamano?¿por que en realidad?

Existen alternativas para crear arreglos de discos (RAID), pero¿cuantos discos puedo colocar en un servidor?

Existen maquinas especializadas de discos que se conectanmediante cables SCSI a un servidor.

Las soluciones anteriores limitan a que el sistema dealmacenamiento debe estar relativamente cerca del servidor alcual se quiere conectar.





Introduccion (3)

La idea detras de las SANs es justamente reemplazar loscables SCSI por los cables de red (en realidad por una red).

Servidores y dispositivos de almacenamiento puedenintercambiar datos sobre la red a traves del protocolo InternetSCSI.

Hoy en dıa es comun hablar de “redes de almacenamiento” enuna empresa, tal como lo es hablar de “bases de datos” o“LANs”.





Arquitectura de servidor central

Dispositivos de almacenamiento conectados a un unicoservidor.

Alternativas para prevenir fallas por caıdas de un servidor sepodıa tener un servidor activo y otro pasivo (solo uno pera almismo tiempo y el otro es backup).

El dispositivo de almacenamiento solo existe si hay unarelacion con un servidor que permite el acceso al mismol.

Generalmente servidores y dispositivos de almacenamientoconectados a traves de un cable SCSI.





Arquitectura de servidor central (2)

Figura: Arquitectura de servidor central






Problemas:

Al ir aumentando la necesidad de almacenamiento se requiereconectar cada vez una mayor cantidad de dispositivos dealmacenamiento a un servidor. Un servidor solo puede manejaruna cantidad limitada de tarjetas para la conexion con losdispositivos de almacenamiento.

Largo del cable SCSI limitado a aproximadamente 25 metros.

En general, un servidor no podra acceder a un dispositivo dealmacenamiento que este conectado a otro servidor. De estaforma, si un servidor necesita espacio, que a otro “le sobre”no servira de nada.

Dispositivos de almacenamiento podrıan estar distribuıdos endiferentes salas, y no necesariamente junto a los servidores.






Figura: La capacidad de almacenamiento del servidor 2 esta copada, sinembargo no puede utilizar el espacio libre en los otros servidores





Arquitectura de almacenamiento central

Los dispositivos de almacenamiento existen de formaindependiente de cualquier computador.

Diversos servidores pueden acceder al mismo dispositivo dealmacenamiento de forma directa a traves de la red sin quealgun otro servidor se tenga que involucrar (o funcionar comointermediario).

Los servidores solo procesan los datos que los dispositivos dealmacenamiento proveen.

En caso que un servidor requiera mas espacio puede obtenerlodel espacio libre que este disponible en la red dealmacenamiento.





Arquitectura de almacenamiento central (2)

Figura: Cables SCSI son reemplazados por la red y los dispositivos dealmacenamiento son independientes de los servidores




JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes

Subsistemas de disco inteligentes

La administracion de un sistema de almacenamiento grande esmas simple y barata que la de un conjunto de stacks pequenosde discos.





Arquitectura de un subsistema de disco inteligentes

Un subsistema de discos puede ser visualizado como un discoduro de un servidor.

Servidores son conectados al subsistema por algun metodo deentrada y salida como SCSI o Fibre Channel.

La estructura interna del subsistema esta oculta para elservidor, el cual vera solo los discos duros que el subsistema leprovee.

Generalmente existe un controlador entre el puerto deconexion y los discos en si, por ejemplo para proveer lafuncionalidad de RAID (Redundant Array of IndependentDisk).





Arquitectura de un subsistema de disco inteligentes (2)

Figura: Los servidores comparten un mismo subsistema de discos, dondea cada servidor se le asigna un espacio






Discos pequenos: carga distribuıda entre diferentes discos,pero menor capacidad total del subsistema de discos.

Discos grandes: mayor capacidad del subsistema de discos,pero mas carga a un solo disco.






Figura: Discos pequenos, cargas distribuıdas. Discos grandes, mayorcapacidad






Diferentes opciones de acuerdo al controlador del subsistema dediscos:

Sin controlador.

Controlador RAID.

Controlador inteligente con servicios adicionales (comoespejado remoto).





JBOD

JBOD: Just a Bunch Of Disks.

Si el dispositivo de almacenamiento no tiene un controlador,se habla de que es “solo un monton de discos” (JBOD).

Un servidor reconocera cada disco del subsistema como undisco independiente.

Problemas ocurren cuando se dispone de muchos discos en unesquema JBOD.





RAID

Virtualizacion de almacenamiento.

Mayores funcionalidades que un sistema JBOD.

Objetivos principales:

Incrementar el rendimiento, usando division de datos.Incrementar la tolerancia a fallas, usando redundancia de datos.





RAID (2)

Figura: El controlador combina diferentes discos reales y crea un discovirtual





Niveles de RAID

RAID 0: division por bloques.

RAID 1: espejado por bloques.

RAID 2: division por bits.

RAID 3: division por bytes.

RAID 4: division por bloques mas disco de paridad.

RAID 5: division por bloques con paridad distribuıda.

RAID 6: como RAID 5 pero con un bloque de paridad extra.

RAID anidados: RAID 0+1 / RAID 1+0

Espejo de divisiones o division de espejos.





RAID 0

Figura: Division por bloques





RAID 1

Figura: Espejado por bloques





RAID 0+1

Figura: Espejo de divisiones





RAID 1+0

Figura: Divisiones de espejos





Subsistemas de discos inteligentes

Tercer nivel de complejidad segun el controlador.

Se ofrecen funcionalidades adicionales a las ofrecidas porRAID:

Copias instantaneas.Espejado remoto.LUN masking.





Copias instantaneas

Pueden practicamente copiar varios terabytes dentro de unsubsistema de discos en unos pocos segundos.

La copia es virtual, y “enganan” a los servidores conectadospara hacerles creer que la copia se hizo de forma muy rapida(en la realidad el proceso toma un tiempo significativo).

La ventaja es que el mismo servidor u otro, puede iraccediendo (a los segundos) a los datos ya copiados.

Esto es util, por ejemplo, para backups.





Espejado remoto

Los backups hechos con copias instantaneas son almacenadosen el mismo subsistema de discos, pero bajo ciertos problemasse podrıa perder todo el subsistema, incluyendo datos yrespaldos.

El espejado remoto soluciona esto, subsistemas de discosmodernos pueden espejar sus datos (o parte de ellos) en otrosubsistema de discos.

El espejado remoto es invisible para las aplicaciones en elservidor y no consume sus recursos.

Se requieren recursos en los dos subsistemas, y en el mediofısico que se este utilizando para la transmision de los datosentre ellos.





Espejado remoto (2)

Figura: Subsistema de discos espejando sus datos





Espejado remoto (3)

Figura: Accion ante falla de subsistema de discos principal





LUN masking

LUN es Logical Unit Number, es el numero asociado al discovirtual que el servidor tiene asignado.

LUN masking limita la visibilidad desde un servidor a solo losdiscos que dicho servidor debe tener acceso en el subsistemade discos.

Sin LUN masking los servidores podran ver y acceder a todoslos discos del subsistema de discos, lo cual compromete laseguridad de los datos.





LUN masking (2)

Figura: Servidores ven todos los discos virtuales





LUN masking (3)

Figura: Servidores ven solo discos virtuales asignados




SCSIFibre Channel SANIP Storage


Algunas de las tecnicas utilizadas para realizar la entrada y salidade datos en una red de almacenamiento son:

SCSI.

Fibre Channel SAN.

IP Storage.





SCSI

Define un cable SCSI.

Define un protocolo SCSI para la transferencia de datos.

Figura: SCSI define el cable y el protocolo de transmision





Fibre Channel SAN

Se cambia el cable SCSI por fibra.

Intercambio de datos se hace a traves de la red utilizando loscomandos del protocolo SCSI.

Topologıas:

Point-to-point.Ring (arbitrated loop).Fabric (switching).





Fibre Channel SAN (2)

Figura: Topologıas para Fibre Channel SAN





Topologıa: Point-to-point

Conecta solo dos dispositivos.

No se puede agregar un tercer dispositivo.

Conecta un servidor con un subsistema de discos.

Ventajas sobre SCSI:

Mayores distancias.Transmision robusta versus transmision por cables de cobre.





Topologıa: Ring (arbitrated loop)

Conexion se realiza por medio de un anillo.

La transmision de datos se hace solo en una direccion delanillo.

En un momento dado solo dos dispositivos pueden estarintercambiando datos entre si.

Otros dispositivos deberan esperar hasta que el anillo estelibre.





Topologıa: Fabric (switching)

Corresponde a la topologıa mas flexible y escalable.

Consiste en uno o mas switches de fibra conectados entre sı.

Servidores y subsistemas de discos estan conectados a losswitches.

Se pueden hacer enlaces entre switches para poder aumentarel ancho de banda entre ellos (como agregacion de enlaces).





Topologıa: Fabric (switching) (2)

Figura: Topologıa Fabric con un switch





IP Storage

Sigue la misma idea de utilizar fibra como medio y elprotocolo SCSI para la transferencia.

Diferencia principal es que los dispositivos son conectadosmediante los protocolos ethernet (de capa 2) y TCP/IP (decapa 3).

Protocolos utilizados:

iSCSI: Internet SCSI.iFCP: Internet FCP.FCIP: Fibre Channel over IP.





IP Storage (2)

Figura: Conexion se hace mediante ethernet y tcp/ip y transmisionutilizando el protocolo SCSI





IP Storage (3)

Figura: Conexion utilizando iSCSI





IP Storage (4)

Figura: iFCP es un protocolo de gateway que conecta dispositivos deFibre Channel vıa una red TCP/IP





IP Storage (5)

Figura: FCIP es un protocolo de tunel que conecta dos Fibre ChannelSANs a traves de TCP/IP


Storage - cursos.delaf.cl fileSubsistemas de disco inteligentes T ecnicas de entrada y salida...

Documents

Transcript of Storage - cursos.delaf.cl fileSubsistemas de disco inteligentes T ecnicas de entrada y salida...