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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
IntroduccionSubsistemas de disco inteligentes
Tecnicas de entrada y salida
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
Esteban De La Fuente Rubio Storage
IntroduccionSubsistemas de disco inteligentes
Tecnicas de entrada y salida
Arquitectura de servidor centralArquitectura de almacenamiento central
Introduccion
NAS: Network Attached Storage.
SAN: Storage Area Networks.
Nos preocuparemos de las SANs
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IntroduccionSubsistemas de disco inteligentes
Tecnicas de entrada y salida
Arquitectura de servidor centralArquitectura de almacenamiento central
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.
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IntroduccionSubsistemas de disco inteligentes
Tecnicas de entrada y salida
Arquitectura de servidor centralArquitectura de almacenamiento central
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”.
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IntroduccionSubsistemas de disco inteligentes
Tecnicas de entrada y salida
Arquitectura de servidor centralArquitectura de almacenamiento central
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.
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Tecnicas de entrada y salida
Arquitectura de servidor centralArquitectura de almacenamiento central
Arquitectura de servidor central (2)
Figura: Arquitectura de servidor central
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Tecnicas de entrada y salida
Arquitectura de servidor centralArquitectura de almacenamiento central
Arquitectura de servidor central (3)
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.
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IntroduccionSubsistemas de disco inteligentes
Tecnicas de entrada y salida
Arquitectura de servidor centralArquitectura de almacenamiento central
Arquitectura de servidor central (4)
Figura: La capacidad de almacenamiento del servidor 2 esta copada, sinembargo no puede utilizar el espacio libre en los otros servidores
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IntroduccionSubsistemas de disco inteligentes
Tecnicas de entrada y salida
Arquitectura de servidor centralArquitectura de almacenamiento central
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.
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Tecnicas de entrada y salida
Arquitectura de servidor centralArquitectura de almacenamiento central
Arquitectura de almacenamiento central (2)
Figura: Cables SCSI son reemplazados por la red y los dispositivos dealmacenamiento son independientes de los servidores
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Tecnicas de entrada y salida
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.
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Tecnicas de entrada y salida
JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
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).
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
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
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
Arquitectura de un subsistema de disco inteligentes (3)
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.
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
Arquitectura de un subsistema de disco inteligentes (4)
Figura: Discos pequenos, cargas distribuıdas. Discos grandes, mayorcapacidad
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
Arquitectura de un subsistema de disco inteligentes (5)
Diferentes opciones de acuerdo al controlador del subsistema dediscos:
Sin controlador.
Controlador RAID.
Controlador inteligente con servicios adicionales (comoespejado remoto).
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
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.
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
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.
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
RAID (2)
Figura: El controlador combina diferentes discos reales y crea un discovirtual
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
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.
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
RAID 0
Figura: Division por bloques
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Tecnicas de entrada y salida
JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
RAID 1
Figura: Espejado por bloques
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
RAID 0+1
Figura: Espejo de divisiones
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
RAID 1+0
Figura: Divisiones de espejos
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
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.
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
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.
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
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.
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
Espejado remoto (2)
Figura: Subsistema de discos espejando sus datos
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
Espejado remoto (3)
Figura: Accion ante falla de subsistema de discos principal
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
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.
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
LUN masking (2)
Figura: Servidores ven todos los discos virtuales
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JBODRAIDSubsistemas de discos inteligentes
LUN masking (3)
Figura: Servidores ven solo discos virtuales asignados
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SCSIFibre Channel SANIP Storage
Tecnicas de entrada y salida
Algunas de las tecnicas utilizadas para realizar la entrada y salidade datos en una red de almacenamiento son:
SCSI.
Fibre Channel SAN.
IP Storage.
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SCSIFibre Channel SANIP 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
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Tecnicas de entrada y salida
SCSIFibre Channel SANIP Storage
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).
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SCSIFibre Channel SANIP Storage
Fibre Channel SAN (2)
Figura: Topologıas para Fibre Channel SAN
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SCSIFibre Channel SANIP Storage
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.
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SCSIFibre Channel SANIP Storage
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.
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SCSIFibre Channel SANIP Storage
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).
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SCSIFibre Channel SANIP Storage
Topologıa: Fabric (switching) (2)
Figura: Topologıa Fabric con un switch
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Tecnicas de entrada y salida
SCSIFibre Channel SANIP Storage
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.
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SCSIFibre Channel SANIP Storage
IP Storage (2)
Figura: Conexion se hace mediante ethernet y tcp/ip y transmisionutilizando el protocolo SCSI
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SCSIFibre Channel SANIP Storage
IP Storage (3)
Figura: Conexion utilizando iSCSI
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SCSIFibre Channel SANIP Storage
IP Storage (4)
Figura: iFCP es un protocolo de gateway que conecta dispositivos deFibre Channel vıa una red TCP/IP
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IP Storage (5)
Figura: FCIP es un protocolo de tunel que conecta dos Fibre ChannelSANs a traves de TCP/IP
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