Case studies. Tipi di storage (1) Tipi di storage (2) Unified Storage. Enterprise Amministrazione di Sistema. Amministrazione di Sistema

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Enterprise Case studies Amministrazione di Sistema Sistemi Enterprise e integrazione dei sistemi Storage Enterprise Soluzioni High Availability e Cluster Virtualizzazione Domini e Active Directory Applicazioni

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Enterprise Case studies Amministrazione di Sistema Sistemi Enterprise e integrazione dei sistemi Storage Enterprise Soluzioni High Availability e Cluster Virtualizzazione Domini e Active Directory Applicazioni per sistemi eterogenei Autenticazione per sistemi eterogenei Tipi di storage (1) Amministrazione di Sistema Storage Enterprise DAS (Direct Attached Storage) NAS (Network Attached Storage ) SAN (Storage Area Network) ESN (Enterprise Storage Network) CAS (Content Addressable Storage) / FCS (Fixed Content Storage) Object (Based) Storage / Cloud Storage Tecnologia Protocollo Velocità Tipo di dati Utilizzo DAS (SCSI) SAS 6 Gbps, 12 Gbps blocchi storage locale NAS TCP/IP 1Gbps, 10 Gbps file file sharing SAN Fibra FC 8/16/32 Gbps blocchi storage condiviso SAN Rame FCIP, iscsi 1Gbps, 10 Gb/s blocchi storage condiviso CAS TCP/IP 1Gbps, 10 Gbps archivi archiviazione Object TCP/IP 1Gbps, 10 Gbps oggetti archiviazione Tipi di storage (2) Unified Storage Convergenza nello storage Tipicamente solo a livello di front-end Unico appliance con NAS SAN FC iscsi Possibile integrazione con Cloud o Object Storage Amministrazione di Sistema 1 Enterprise Direct Attached Storage (DAS) Limitato ad un singolo host Tipi di DAS interno esterno Protocolli su bus parallelo IDE, SCSI su bus seriale SATA, SAS Funzioni RAID implementabili in hardware (controller) o software (Sistema Operativo) Passive vs Active DAS Passive Disk Enclosure based DAS Active Disk Enclosure based DAS Possibilità di avere 2 nodi client Network-Attached Storage (NAS) Evoluzione dei fileserver Utilizzano protocolli di condivisione file CIFS/SMB e/o NFS (FTP) NDMP (Network Data Management Protocol) Basati spesso su sistemi embedded Custom, Windows Storage, Linux Tipologie di NAS Integrated NAS System (tutto in uno) Gateway NAS System (front-end di un sistema SAN) Funzioni RAID interne Affidabilità e disponibilità? Storage Area Network (SAN) Rete dedicata ad alta velocità per collegare host con dischi e/o librerie di nastri Componente tipica dell Enterprise Storage Tipi di protocolli adottati Fibre Channel networking con SCSI command set iscsi (2003) con SCSI command set over TCP/IP ATA-over-Ethernet (AOE) protocol Lato server (host) Fibre Channel Host Bus Adapter (HBA) Accesso tramite Logical Unit Number (LUN) Differenze dai sistemi NAS Protocolli di una SAN Caratteristiche di un SAN Fibre Channel (FC) Standard ANSI e High Speed Serial Interface fibre vs fiber? iscsi Standard IETF (2004) RFC 3720 Funzionalità RAID Group Storage Group Zoning e LUN Masking Remote Mirror Snapshot MultiPath/PowerPath Pro Sicurezza, affidabilità, prestazioni, scalabilità, interoperabilità, Contro Costo elevato Amministrazione di Sistema 2 Enterprise Elementi di una SAN Host HBA (Host Bus Adapter) HBA Driver Cavi Fabric Data Router SAN Hub o Switch Cavi Zoning Storage Storage Array SP (Storage Processor) LUN Masking SAN Port Ogni elemento di un SAN è chiamato nodo i nodi client spesso vengono chiamati anche host ogni nodo può avere una o più porte Tipi di FC Ports N-Port (porta terminale di un collegamento point-to-point) NL-Port (porta che supporta la topologia arbitrated loop) F-Port (fabric port, porta di uno switch) E-Port (expansion port di uno switch) G-Port (porta di uno switch configurabile come E-Port o F-Port) Le porte possono essere identificate in vari modi Port_ID (all interno di una SAN, ogni porta ha un Port_ID univoco) WWPN (World Wide Port Name) PortType_PortMode Web site of the Storage Networking Industry Association WWN (World Wide Name) Topoligie Fibre Channel Identificatore univoco a livello mondiale equivalente al MAC Address composto da 64 bit assegnato ad ogni Array e ogni HBA Alternative alle SAN FC Block Storage Over IP Reti SAN basate su GigaEthernet iscsi FC su IP (FCIP o ifcp) FC su Ethernet (FCoE) FC su rame DAS (Direct Attached Storage) Box esterni collegati a uno o due HBA Considerazioni Costi Affidabilità Scalabilità Prestazioni Amministrazione di Sistema 3 Enterprise User iscsi IP Network Server IP Packet IP packet iscsi Initiator Adapter 1. User issues a request for data to a local server 5. The data request is again encapsulated in TCP/IP then returned 2. The SCSI command is encapsulated in TCP/IP & transmitted over IP Network iscsi Target Adapter 4. The SCSI commands are received by the Internal SCSI Controller, and the data is retrieved. Storage Device 3. The packet is decapsulated separating the SCSI commands Indirizzi iscsi Indirizzi IP Target e initiator hanno indirizzi IP, ma spesso più di uno iscsi Qualified Name (IQN) RFC 3720 e RFC 3721 literal iqn date (yyyy-mm) that the naming authority took ownership of the domain reversed domain name of the authority (org.alpinelinux, com.example, to.yp.cr) Optional : prefixing a storage target name specified by the naming authority. Extended Unique Identifier (EUI) Format: eui.{eui-64 bit address} (e.g. eui a425678d) T11 Network Address Authority (NASA) Format: naa.{nasa 64 or 128 bit identifier} (e.g. naa ba64678d) isns Internet Storage Name Service Initiator iscsi La parte client Software initiator Hardware initiator HBA iscsi TCP Offload Engine (TOE) initiator Target iscsi La parte server Come lo storage mostra le LUN? Come lo storage viene indirizzato? Implementazioni iscsi Hardware HBA, SAN e sistemi embedded Linux Linux-iSCSI Project UNH-iSCSI iscsi Enterprise Target Project Windows Microsoft iscsi Software Initiator Integrato in Vista e Windows Microsoft iscsi target Integrato negli ultimi Windows Server Topologia simil-fc Reti separate Multi-path Amministrazione di Sistema 4 Enterprise Multi-path Soluzione specifica per alcuni storage iscsi Rete flat Sicurezza applicata ad iscsi Protezione dei dati IPSec Autenticazione IP IQN CHAP password IPSec Prestazioni di uno storage Dipendono da vari fattori Tipo di storage in particolare la cache Tipo di protocolli usati Tipo di RAID Tipo di dischi External transfer rate measured here Disk Drive / Storage Internal transfer rate measured here Front-end e back-end The front end provides the interface between the storage system and the host. It consists of two components: front-end ports and front-end controllers The front-end ports enable hosts to connect to the intelligent storage system, and has processing logic that executes the appropriate transport protocol, such as SCSI, Fibre Channel, or iscsi, for storage connections Front-end controllers route data to and from cache via the internal data bus. When cache receives write data, the controller sends an acknowledgment HBA Interface Buffer Head Disk Assembly Il mito degli IOPS Dischi o Flash? Input/Output Operations Per Second (IOPS) metrica comunemente usata per misurare le prestazioni (massime) di uno storage Parametri per determinare gli IOPS per disco Rotational speed (aka spindle speed) Measured in revolutions per minute (RPM), most disks you ll consider for enterprise storage rotate at speeds of 7,200, 10,000 or 15,000 RPM with the latter two being the most common. A higher rotational speed is associated with a higher performing disk. Average latency The time it takes for the sector of the disk being accessed to rotate into position under a read/write head. Average seek time The time (in ms) it takes for the hard drive s read/write head to position itself over the track being read or written. There are both read and write seek times; take the average of the two values. Amministrazione di Sistema 5 Enterprise Il problema dell allineamento Evoluzione dell IT Problema tipico delle SAN Ma anche di controller RAID Amplificato con l aggiunta di ulteriori livelli Ad esempio la virtualizzazione Scalabilità degli storage Differenti architetture Scale-in Scale-out Clustered Scale Up & Down TYPE 1 Tightly Coupled Scale Out TYPE 2 Loosely Coupled Scale Out TYPE 3 Distributed Share Nothing TYPE 4 Dual Controller Shared Meta-Data Transactional Commits General Purpose Storage Multi-Controller Grid Shared Meta-Data Transactional Commits Linearity in all things Independent Controllers Distributed Meta-Data Transactional Commits Large Content Repositories Independent Controllers Distributed Meta-Data Non-Transactional Commits 3 rd Platform Applications Sistemi (iper-)convergenti Sistemi che integrano diverse risorse: Calcolo (CPU/RAM) Storage (Network) Converged Infrastructure (CI) Always: a method of using infrastructure where compute, network and persistence are treated as a SYSTEM rather than as COMPONENTS Sometimes: Includes single order, single warranty, single support Hardware and Software are packaged together & sometimes not Definition Embedded Generalized compute within storage arrays Host locally executed workloads Generally only suitable for workloads focused on data proximity or data services Converged Infrastructure Converged Architectures Integrated Best-of-Breed Integrated Stack Worklo ad optimize d systems of server, storage, network, and mgmt. SW Sold w/preintegrat ed package d SW Integrated Infrastructure General purpose preint. & Ref arch. systems containing server, storage, network, & mgmt. SW. Excellent support for legacy workloads/br ownfield Software- Defined BYO Commodity Commodity HW and DIY mgmt. and orchestration SW Nonappliance model Source: EMC Market Intelligence, EMC OCTO, EMC ETPD, IDC, Gartner, Company websites, SME interviews VMware SDDC and Openstack Framework & Distros Hyper-converged Architectures Common Rack Scale Modular Building Block Appliances All-in-one box systems Compute and storage in a small, scalable node (2U) SMB/Robo prime target Simplicity/cos t are main value prop VMware almost always used Integrated Rack Scale Decomp osed and redesign ed for high density or high capacity or low power server architec tures Unit size of 4U chassis to full rack Open Common Rackscale Building Blocks Scalable systems of racks plus bare metal resource allocation M&O Spans HW & SW; Multi-rack management Open Source plays a more critical role Amministrazione di Sistema 6 Enterprise Strengths Weakness Embedded Best way to deploy additional storage services Poor economics for general purpose workload use Converged Infrastructure Converged Architectures Integrated Best-of-Breed Integrated Stack Fastest timeto value at the application level Application Silo Integrated Infrastructure Well suited and broad support for P2 workload requirements Proven, mature High Step In Cost. Premium economic scaling factors Software- Defined BYO Commodity Flexibility of any hardware choice. Nonpredictable outcome Nonintegrated acquisition and support model Source: EMC Market Intelligence, EMC OCTO, EMC ETPD, IDC, Gartner, Company websites, SME interviews Hyper-converged Architectures Common Rack Scale Modular Building Block Appliances Start very small Simple support model Unbeatable simplicity Poor economic scaling past ~1000 VMs Rigidity for datacenter use cases Integrated Rack Scale Well suited for general scale SP, SaaS P3 workloads Flexible Simple Support Poor support Model for legacy workload SLAs and infrastructure expectations Common Rackscale Building Blocks Supports specialized, high-end P3 workloads due to custom HW Simple support model Poor support for legacy workload SLAs and infrastructur e expectations Lato Storage Full Flash Hybrid Multi-tiering o caching Lato Host Schede PCI-e Flash SSD Nuove DIMM? NVDRAM Software di gestione? Cache & Flash Flash Storage Amministrazione di Sistema Soluzioni High Availability Introduzione Obiettivi delle soluzioni di HA (alta disponibilità) Eliminare i single point of failure Aumentare Disponibilità (Prestazioni) (Scalabilità) Applicabilità Singolo sistema Gruppo di sistemi Cluster Networking LAN e WAN Storage Livello di applicazione / servizio Hardware HA (1) Soluzioni comuni Alimentatori ridondati e hot-swap Dischi in configurazione RAID e hot-swap Configurazioni usate: 1, 1+0, 5, 5+0 e/o 6 Soluzioni recenti Ventole hot-swap Memoria primaria RAID e hot-swap Deve essere supportata dal Sistema Operativo Soluzioni Enterprise Ridondanza totale Amministrazione di Sistema 7 Enterprise Server Hardware RAID Dual power Dual NICs Redundant fans Dual HBAs SAN Hardware Global hot spares Multiple data paths Redundant storage processors RAID Redundant SAN fabrics Multiple HBAs Network NIC teaming Load balancing Redundant switches Hardware HA (2) RAID (1) Redundant Array of Inexpensive (Indipendent) Disk brevetto IBM del 1978 implementabile a livello hardware e software Livelli RAID standard RAID 0 (striping) JBOD ( Just a Bunch of Disks ) RAID 1 (mirroring) RAID 2, 3, e 4 RAID 5 RAID 6 o RAID DP (Dual Parity) simile al 5 ma doppio meccanismo di ridondanza con bit su dischi distinti RAID (2) Livelli composti RAID 0+1 (RAID 01) RAID 10 (RAID 1+0) RAID 50 (RAID 5+0) Livelli proprietari RAID 7 Storage Computer Corporation RAID 1.5 HighPoint RAID S (Parity RAID) EMC Corporation Diagram Single RAID Levels (1) RAID 0 RAID 1 RAID 5 RAID 6 Cost Lowest High Moderate Moderate+ Description Striping Mirroring Striping with Parity Striping with Dual Parity Minimum Disks Maximum Disks Array Capacity Controller Dependant No. of Drives x Drive Capacity 2 Controller Dependant Drive Capacity (No. of Drives - 1) x Drive Capacity Storage Efficiency 100% 50% (Num of drives 1) / Num of drives Controller Dependant (No. of Drives - 2) x Drive Capacity (Num of drives 2) / Num of drives Fault Tolerance None 1 Drive failure 1 Drive failure 2 Drive failures High Availability None Good Good Very Good Degradation during rebuild Random Read Performance Random Write Performance Single RAID Levels (2) RAID 0 RAID 1 RAID 5 RAID 6 NA Slight degradation Rebuilds very fast High degradation Slow Rebuild (to write penalty of parity) Very High degradation Very Slow Rebuild (to write penalty of dual parity) Very Good Good Very Good Very Good Very Good Good (slightly worse than single drive) Fair (Parity overhead) Poor (Dual Parity Overhead) Seq. Read Perf. Very Good Fair Good Good Seq. Write Perf. Very Good Good Fair Fair Use Case Non critical data High speed requirements Data backed up elsewhere Typically used as RAID 10 in OLTP / OLAP applications Non-write intensive OLTP applications / file servers etc Misc - - Parity can considerably slow down system Non-write intensive OLTP applications / file servers etc Not supported on all RAID cards Nested RAID Levels (1) Diagram RAID 10 RAID 50 Description Mirroring then Striping Striping with Parity then Striping without parity Minimum Disks Even number 4 6 Maximum Disks Controller Dependant Controller Dependant Array Capacity (Size of Drive) * (Number of Drives ) / 2 (Size of Drive) * (No. of Drives In Each RAID 5 Set - 1) * (No of RAID 5 Sets) Storage Efficiency 50% ((No. of Drives In Each RAID 5 Set - 1) / No. of Drives In Each RAID 5 Set) Amministrazione di Sistema 8 Enterprise Nested RAID Levels (2) Oltre il RAID Fault Tolerance Multiple drive failure as long as 2 drives from same RAID 1 set do not fail RAID 10 RAID 50 Multiple drive failure as long as 2 drives from same RAID 5 set do not fail High Availability Excellent Excellent Degradation during rebuild Minor Moderate degradation Slow Rebuild (due to write penalty of parity) Read Performance Very Good Very Good Write Performance Very Good Good Use Case OLTP / OLAP applications Medium-write intensive OLTP / OLAP applications RAID può essere applicato a livello hardware tipico di molte schede RAID per server o a livello software Ma esistono filesystem che non lo richiedono: Ad esempio ZFS Problemi del RAID Richiesta di dischi uguali (nel RAID hardware) Tempi di rebuild Nuove tecnologie si stanno affiancando come sostituti del RAID: Erasure coding (EC) metodo di data protection dove i dati sono suddivisi in frammenti e distribuiti su più location differenti (che possono essere dischi, nodi o anche località geografiche) RAIN (redundant array of independent nodes, chiamato anche channel bonding, reliable array of independent nodes, or random array of independent nodes) modello di sistemi distribuiti di storage con funzioni opportuno per gestire la disponibità del dato in caso di guasto ad uno dei nodi. Vantaggi Semplicità Configurazione Gestione Economicità Svantaggi Singolo sistema HA Single point of failure CPU Motherboard Sistema Operativo Backup a freddo Da non confondere con la soluzione stand-by o fail-over Soluzione spartana Ridondanza a livello di intero sistema Sistema gemello configurato in modo identico Applicabile per apparati di rete Router e Switch Problemi per server Come migrare lo stato e i dati? Disaster Recovery Ripristino a seguito di un disastro Diverse categorie di disastri Diversi gradi di ripristino Diversi tempi di ripristino Metriche Recovery Point Objective (RPO) Recovery Time Objective (RTO) Dipendente da altri fattori Policy di backup Policy di sicurezza HA negli apparati di rete Switch Doppio percorso 2 switch e 2 schede in teaming per ogni PC Spanning Tree (802.1d) Rapid Spanning Tree (802.1w) Router VRRP (Virtual Redundant Routing Protocol) Metriche Multiplo gateway? Linee WAN BGP Amministrazione di Sistema 9 Enterprise HA nei sistemi Diverse soluzioni Cluster Redirect Migrazione Utilizzo di macchine virtuali HA tra sistemi Host Storage condiviso Migrazione di processi Amministrazione di Sistema Cluster e HA Definizione di Cluster Computer cluster a group of loosely coupled computers that work together closely Definizione tecnologica insieme di macchine che fornisco una piattaforma applicativa Scalabile Scalabilità di prestazione e di costo Altamente disponibile Fail-over Manutenzione Gestite come una singola unità Tipologie di Cluster Cluster computing HA (High Availability) / Fail-over Cluster Load Sharing / Balancing Cluster High-Performance Computing (HPC) Cluster MPI (Message Passing Interface) PVM (Parallel Virtual Machine) Grid Computing / Grid Cluster SSI (Single System Image) Livelli di applicabilità Livelli di applicabilità Livello hardware Livello di sistema operativo Livello dei servizi Livello delle applicazioni Interazione tra i nodi Teoria dei sistemi distribuiti Soluzioni alternative Tecnologie dei Cluster Storage condiviso Nessuna replica Quorum Replica Master Slave Multimaster Heartbeat Test reciproco su rete su rete dedicata (o seriale) su Quorum Distribuzione del carico Meccanismo di shutdown Amministrazione di Sistema 10 Enterprise Caso tipico a due nodi Continuità sui servizi Mission Critical Modalità Active-Passive Active-Active Heartbeat HA Cluster LB Cluster Varie soluzioni possibili Normalmente si usa l approccio a macchine parallele punto di ingresso ben definito Nome DNS puro round robin IP nessuna interazione tra i nodi problemi modalità di bilanciamento gestione del fail-over sincronia dati Soluzioni per Windows (1) Microsoft Cluster Server (MSCS) HA cluster per applicazioni e servizi MSCS 1.0 ( Wolfpack ) è stato rilasciato nel 1997 MSCS 1.1 (Server Clustering) è integrato in alcuni Windows 2000 Server MSCS 1.2 è integrato in Windows 2003 Enterprise/Datacenter Con 2008 il servizio si chiama Failover Clustering Windows 2000 Limitato a 2 nodi per cluster 4 nella versione Datacenter Windows 2003 Fino a 8 nodi per cluster Oltre nella versione Datacenter Soluzioni per Windows (2) Altre tecnologie Windows Load Balancing Service (WLBS) ex Convoy Cluster Software by Beaverton solo per NT 4.0 Network Load Balancing (NLB) per applicazioni e servizi IP-based massimo 32 nodi Component Load Balancing (CLB) per applicazioni middle-tier Windows Compute Cluster Server (CCS) 2003 HPC Server 2008 AD, DFS, Supporto per reti SAN MSCS - Terminologia Soluzioni per Windows (3) Terminologia Node Resource Group Dependency Failover e failback Virtual server Heartbeat Quorum resoruce Active/passive o active/active Shared Storage Amministrazione di Sistema 11 Enterprise NLB vs MSCS Soluzioni per Linux Technology Scenario Web Server Farm Terminal Services File/Print Servers Database/ Messaging E-Commerce Sites Cluster Service P P P Networking Load Balancing P P P Benefits Au
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