Добавил:
kipish_lsk_24
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование гетерогенных сетей. Викулов / ответы на вопросы
.pdf
Появилась с целью обеспечить лучший % работы оборудования. Суть – в
создании виртуальных машин (ВМ-VM) на базе одного физического сервера.
ВЦ (Вычислительный центр) – по сути ЦОД, это комплекс оборудования,
ПО и инфраструктуры, предназначенный для предоставления вычислительных
ресурсов, таких как сервера, хранилища и сетевые компоненты. Он является
основой для создания и развертывания виртуальных машин и других
виртуальных сервисов.
VDI (Virtual Desktop Infrastructure) — инфраструктура виртуальных
рабочих столов, это технология виртуализации, при которой рабочие столы
пользователей запускаются на серверах, а не на физических компьютерах, и
передаются пользователю по сети (то есть можем с обычного пк работать на
мощной виртуальной машине расположенной в ЦОД (ВЦ))
Терминалы – оконечное оборудование пользователя, то есть тот самый
простой пк
Пик требования (или пиковая
нагрузка) — это максимальная
вычислительная нагрузка или
максимальное количество ресурсов,
которое сервер (или группа серверов)
должен обеспечить в определённый
момент времени (определяется по
требованиям системы к ресурсам (на
лекции была табличка Сайзинг)
(например, CPU/RAM) + 20% сверху)
ВЦ
VDI
терминалы
По сути, будет
работать всего
столько
А можем сделать
иначе (ниже будет)
Пик
требования
Это 2
сервера
Для отказоустойчивости делаем резервный сервер
Механизм переноса нужен, чтобы в случае чего
перенести нужные данные.
Для переноса данных двум серверам нужен общий
Storage (СХД – система хранения данных), чтобы оба
сервера видели одни и те же виртуальные диски ВМ
СХД — это отдельное устройство, где хранятся все виртуальные диски ВМ,
конфигурации и образы систем. Она подключена к гипервизорам по сети.
Механизмы переноса:
o vMoon - Переносит работающую ВМ на другой сервер без остановки
o HA (High Availability) - В случае сбоя запускает ВМ заново на другом
сервере
o FT (Fault Tolerance) - Постоянно дублирует ВМ на втором сервере (оба
работают параллельно)
o DRS (Distributed Resource Scheduler) - Автоматически балансирует
нагрузку между хостами
Но всё же в реальности ставят минимум 3 сервера для избежания
проблемы split-brain
Когда в кластере только два узла, и между ними пропадает связь, каждый
думает, что второй "умер", и может попытаться захватить управление, запустив
ВМ у себя. Это приводит к раздвоению кластера — split-brain — и порче данных
(одна и та же ВМ одновременно активна на двух хостах).
Решение — кластеру нужен кворум (quorum). Это когда в кластере больше
половины активных узлов (то есть 2 из 3 активных – это кворум).
Гипервизор — это ПО, которое позволяет создавать и управлять
виртуальными машинами на одном физическом сервере, предоставляя
возможность одновременно запускать несколько операционных систем
Типы гипервизоров:
1) 1 Тип (Сервер -> Гипервизор -> ВМ)
2) 2 Тип (Сервер -> ОС -> Гипервизор -> ВМ)
1 сервер
L2 механизм
переноса
18. Хранение данных. RAID-группы, storage-группы. «Сырой» и «полезный»
объем.
СХД (Система Хранения Данных) – это специализированное
оборудование, предназначенное для централизованного и надежного
хранения, управления и обеспечения доступа к данным в компьютерных сетях
Задача: Хранение образов VM, BackUp -ов, logs, Datasets, Archive
(«холодные» данные, которые не используются), репликация, cache («горячие»
данные)
BackUp:
RPO (Recovery Point Objecve) – точка
восстановления
RTO (Recovery Time Objecve) – время на
восстановление
Чтобы гарантировать, что все данные действительно восстановятся,
необходимо загрузить тестовую систему, провести восстановление на ней и
проверить завершился ли процесс восстановления корректно (без ошибок) и
работает ли система вообще.
Отличие BackUp от Archive в том, что BackUp это копия данных для
восстановления в случае потери, данные в backup актуальные и хранение
backup-ов ограничено + эти бэкапы обновляются регулярно. А в архиве хранятся
«оригинальные» данные для их долговременного хранения, данные в архиве
устаревшие (неактивные) и хранятся там долго (годами) + обновляются они
лишь единожды (когда добавляются в архив)
RAID-группы (Redundant Array of Independent Disks):
1) RAID 0 – чередование
Дисковый массив с чередованием данных (striping) для
повышения производительности, но без отказоустойчивости
Данные разбиваются на блоки и распределяются по
нескольким дискам, обеспечивая более высокую скорость
чтения и записи (параллельное чтение/запись). Дисковое
пространство используется эффективно, на все 100%. При этом,
RPO
То, что по итогу
потеряно
Место сбоя системы
RTO
потеря любого диска в массиве RAID 0 приводит к потере всех данных, нет
резервирования.
2) RAID 1 – зеркало
Дисковый массив, в котором данные дублируются на два
диска. Это обеспечивает высокую надежность, поскольку при
отказе одного диска данные могут быть получены с другого.
Но RAID 1 не увеличивает общую емкость массива, а лишь
дублирует данные, что означает, что эффективная емкость
массива будет равна емкости одного диска (теряем половину
объема). Скорость чтения/записи ниже.
Сырой объём (Raw capacity) – суммарный (общий) объем физического
пространства
Полезный объём (Usable capacity/Producon) – реально доступный объём
(то есть половина от общего, ведь данные дублируются)
3) RAID 4 – четность
Дисковый массив, в котором для обеспечения
отказоустойчивости используется чётность (parity)
(отдельный для этого диск)
Каждая строка (A, B, C, D) — это полоса (stripe), то
есть блоки, записанные одновременно.
Каждый блок (A1, A2, A3, A4) — это часть
пользовательских данных, а блок Ap — чётность,
рассчитанная по формуле XOR:
Ap = A1 A2 A3 A4
Если один из дисков выходит из строя, данные можно восстановить сразу
же, используя оставшиеся блоки и чётность.
Например, вышел из строя диск 1 (там находятся блоки A2, B2, и т.д.).
Чтобы восстановить A2, система делает: A2 = A1 A3 Ap
То есть она использует данные с оставшихся дисков, чётность Ap и делает
XOR-обратное вычисление
Сырой объём – общий объем пространства, Полезный объём – 3/4 от
общего объема, т.к. 1 диск идет на хранение четности.
Выдерживает отказ 1 диска, высокая скорость чтения, но низкая скорость
записи, используется редко.
Каждая операция требует обновления четности, это создаёт нагрузку на
диск с четностью, снижая производительность при интенсивной записи.
Так как чётность хранится только на одном диске, то при множественных
записях он быстро изнашивается — вся нагрузка ложится на него.
4) RAID 5 – распределенная четность
Дисковый массив, в котором чётность
распределяется по всем дискам.
Ap, Bp, Cp, Dp — это чётность, вычисленная как:
Ap = A1 A2 A3
RAID 5 может восстановиться только при потере
одного диска. Если выйдут из строя два диска
одновременно — данные будут потеряны.
Сырой объём – общий объем пространства (N * X, где N – кол-во дисков,
X – объем каждого диска), Полезный объём – (N – 1) * X. Один диск «теряется»
на чётность, но распределённую, а не физически отдельную. (короче так же как
и у RAID 4) (то есть, по сути, это круто, как «+» - эффективное использование
объема)
RAID 5 хорошо подходит для чтения — данные разбиты на полосы,
читаются параллельно. Однако медленная запись (так как при каждой записи
надо: считать старые данные, считать старую чётность, посчитать новую
чётность, записать новые данные и чётность)
Долгое восстановление (rebuild) — при сбое одного диска,
восстановление может идти много часов, особенно при больших объёмах +
уязвим во время восстановления: если ещё один диск сломается до
завершения — всё теряется.
5) RAID 6 – двойная четность
Дисковый массив, который обеспечивает
высокую отказоустойчивость, защищая данные
от потери при одновременном отказе двух
дисков. Чтобы это реализовать RAID 6
использует две независимые чётности:
например, Ap и Aq.
В каждой полосе (stripe, A, B, C, D, E)
содержатся: 3 блока с данными, 2 блока с чётностью: P и Q, записанные на
разных дисках
Для равномерной нагрузки по дискам позиции P и Q «вращаются» (по
картинке видно)
С помощью P и Q можно восстановить любые два потерянных блока
данных. Это достигается за счёт двух независимых уравнений (две чётности =
два уравнения = два неизвестных).
P — «обычная» XOR-чётность (как в RAID 5 и 4)
Q — дополнительная чётность, считается по более сложному алгоритму,
работает с «весами», используется полином Галуа (Galois Field)
Допустим, одновременно сломались Disk 1 и Disk 3. Мы потеряли A2 и Ap.
Но у нас есть: A1, A3, Aq
Из известного A1 и A3 можно восстановить A2, зная Aq и формулу. Затем
можно пересчитать Ap через XOR
RAID 6 требует минимум 4 диска.
У RAID 6 хорошая скорость чтения (аналогично RAID 5): данные разбиты
по дискам, читаются параллельно + Баланс надёжности и стоимости — не так
дорого, как зеркалирование (RAID 1 или 10), но надёжнее, чем RAID 5.
Однако низкая скорость записи (ещё хуже, чем у RAID 5): надо вычислять
два кода чётности, больше операций чтения-записи + Много потерь по объёму
на чётность (сразу два диска теряются)
RAID 6 идеально подходит для архивных («холодных») данных, где важна
надёжность, но запись происходит редко
Сырой объём – общий объем пространства (N * X, где N – кол-во дисков,
X – объем каждого диска), Полезный объём – (N – 2) * X. Два диска «теряется»
на чётность
Скорость вращения шпинделя жесткого диска измеряется в оборотах в минуту (RPM —
Revoluons Per Minute), бывают 7200, 10000 (эти два варианта используются чаще), 15000
(используется реже)
RAID 5 vs RAID 6 — когда какой использовать?
Например, расчет полезного объема:
В 2005 году:
1) RAID 5, 5 дисков по 146 ГБ → 5 × 146 ГБ = 730 ГБ
2) Один диск уходит на чётность → полезный объём ≈ 584 ГБ
3) При восстановлении нужно прочитать ~584 ГБ данных, чтобы восстановить потерянный
диск
В 2025 году:
1) RAID 5, 5 дисков по 25 ТБ = 125 ТБ
2) Полезный объём ≈ 100 ТБ
3) При восстановлении одного диска система читает 100 ТБ с 4 оставшихся дисков
И это проблема, т.к. каждый диск имеет вероятность ошибки при чтении:
Например, одна ошибка на 10^13 – 10^15 бит прочитанных данных (это BER = Bit Error Rate =
от 10^-13 до 10^-15)
Если система читает 100 ТБ = 8×10¹⁴ бит, то вероятность, что будет хотя бы 1 ошибка при
восстановлении = почти 100% → Это и есть причина, почему RAID 5 становится опасным на больших
объёмах данных
Комбинированные RAID:
6) RAID 01 (RAID 0+1) – чередование + зеркало
Данные разбиваются на блоки и записываются на
несколько дисков (чередование).
Для каждого блока данных создается зеркальная копия
на другом диске (зеркалирование).
RAID 01 требует, как минимум четыре диска,
образующих две пары зеркальных дисков, и данные
чередуются между этими парами.
Это сочетание обеспечивает высокую скорость записи и чтения за счет
RAID 0 и высокую отказоустойчивость за счет RAID 1, дублируя данные на второй
набор дисков.
Но RAID 01 требует больше ресурсов (дисков) и сложной конфигурации,
чем отдельные уровни RAID + отказоустойчивость не такая высокая, как RAID 10:
при выходе из строя одного диска в RAID 0 — вся его половина «умирает», и
остаётся только зеркальная копия
Потеря 50% от общего объема данных, что много
Восстановление медленнее, чем у RAID 10, т.к. надо восстанавливать весь
RAID 0-массив, а не отдельный диск
7) RAID 10 (RAID 1+0) – зеркало + чередование
Данные сначала зеркалируются, а затем
чередуются.
Обеспечивается высокая отказоустойчивость, т.к.
каждый диск дублируется (выдерживает отказ
одного диска в каждой паре зеркал. То есть, при 4
дисках может выйти из строя до двух, если они из
разных зеркал), быстрое восстановления, т.к.
восстанавливается только один диск из пары, а не
целый массив
Однако происходит потеря 50% от общего объема данных, т.к. половина
всех дисков уходит на зеркалирование, требует минимум 4 диска и дорогой
Storage Pool – логическое объединение storage group в один массив для
увеличения объема
Storage Group – группа физических дисков, объединённых по
одинаковому типу RAID
19. Классические и горизонтально масштабируемые СХД. Назначение,
решаемые задачи. Их преимущества и недостатки.
Storage Processors (SP) – два контроллера, через которые идёт всё
взаимодействие, их два для отказоустойчивости (acve-acve или acvepassive)
Fibre Channel – это логическая часть контроллера, которая обрабатывает
и маршрутизирует весь трафик Fibre Channel. Именно сюда поступают запросы
от серверов, подключённых по FC. Этот модуль включает: инициаторы и
приёмники для FC, логический интерфейс между серверами и RAID-группами,
управление путями, логическими томами (LUN).
Mirrored cache – зеркалированный кэш. Все операции сначала
записываются в кэш, а потом на диск (write-back). Кэш одного контроллера
автоматически синхронизируется с другим по каналу CMI
CPU – два процессора — отвечают за обработку команд, управление
RAID, LUN, кешем и взаимодействие с дисками.
FC – 4 физических порта Fibre Channel, они обеспечивают внешние
подключения к серверам и к другим СХД (например, для репликации).
x8 CMI – это шина между SP 1 и SP 2. Обеспечивает зеркалирование кэша,
чтобы если один SP отключится, второй мог завершить незавершённые
операции. Именно благодаря CMI возможна высокая отказоустойчивость.
Power Supply – 2 блока питания, обеспечивают питание всей системы,
включая контроллеры и вентиляторы.
Blower – 4 вентилятора, обеспечивающие активное охлаждение системы.
Расположены между блоками питания
SPS (Standby Power Supply) – это не просто блоки питания — это
резервные модули питания, содержащие батареи (типа UPS). Если пропадёт
внешнее питание, SPS даёт энергии ровно на столько, чтобы сбросить
содержимое кэша на диск и корректно завершить работу.
LCC (Link Control Card) – это интерфейсные модули дисковых полок (DAE
— Disk Array Enclosure), через которые контроллеры взаимодействуют с самими
дисками.
Вертикальное масштабирование СХД (Scale-Up)
Бывает двух типов:
В первом случае диски добавляются без
необходимости подключения к СХД
дополнительных модулей.
Во втором случае выполняется подключение
специальных модулей, содержащих диски
определенного форм-фактора, которые именуются
дисковыми модулями. Они подсоединяются по
цепочке, образуя последовательность из одного
контроллерного модуля и нескольких дисковых.
Причем масштабирование выполняется только по емкости, и потому рано
или поздно можно столкнуться с тем, что производительности СХД окажется
недостаточно, а узким местом станет контроллерный модуль.
Классические СХД — это масштабируемые (но ограниченно) системы
хранения, построенные по архитектуре "контроллер – дисковый шкаф". Их
делят на:
1) Midrange СХД
Назначение: для хранения данных, которые подходят для средних и
некоторых крупных компаний, предлагая баланс между производительностью,
масштабируемостью и стоимостью
Соседние файлы в папке Проектирование гетерогенных сетей. Викулов