Лекция 8-9. Тема Управление и хранение данных. СХД.

Лекция

Тема: Управление и хранение данных. Системы Хранения Данных.

Многие заметили тенденции развития в окружающем нас компьютерном мире – переход от экстенсивной модели развития к интенсивной. Наращивание мегагерц процессоров уже не даёт видимого результата, а развитие накопителей не поспевает за объёмом информации.

Если в случае процессоров всё более или менее понятно – достаточно собирать многопроцессорные системы и/или использовать несколько ядер в одном процессоре, то в случае вопросов хранения и обработки информации так просто от проблем не избавиться.

Существующая на данный момент панацея от информационной эпидемии – СХД. Название расшифровывается как Сеть Хранения Данных (SAN) или Система Хранения Данных. В любом случае – это специализированное аппаратное обеспечение и ПО, предназначенное для работы с огромными массивами ценной информации.

Основные проблемы, решаемые схд

Итак, какие же задачи призвана решить СХД?

 Рассмотрим типичные проблемы, связанные с растущими объёмами информации в любой организации.

 Предположим, что это хотя бы несколько десятков компьютеров и несколько разнесённых территориально офисов.

1. Децентрализация информации – если раньше все данные могли храниться буквально на одном жёстком диске, то сейчас любая функциональная система требует отдельного хранилища – к примеру, серверов электронной почты, СУБД, домена и так далее. Ситуация усложняется в случае распределённых офисов (филиалов).

2. Лавинообразный рост информации – зачастую количество жёстких дисков, которые вы можете установить в конкретный сервер, не может покрыть необходимую системе ёмкость.

Как следствие:

Невозможность полноценно защитить хранимые данные – действительно, ведь довольно трудно произвести даже backup данных, которые находятся не только на разных серверах, но и разнесены территориально.

Недостаточная скорость обработки информации – каналы связи между удалёнными площадками пока оставляют желать лучшего, но даже при достаточно «толстом» канале не всегда возможно полноценное использование существующих сетей, например, IP, для работы.

Сложность резервного копирования (архивирования) – если данные читаются и записываются небольшими блоками, то произвести полное архивирование информации с удалённого сервера по существующим каналам может быть нереально – необходима передача всего объёма данных. Архивирование на местах зачастую нецелесообразно по финансовым соображениям – необходимы системы для резервного копирования (ленточные накопители, например), специальное ПО (которое может стоить немалых денег), обученный и квалифицированный персонал.

3. Сложно или невозможно предугадать требуемый объём дискового пространства при развертывании компьютерной системы.

Как следствие:

Возникают проблемы расширения дисковых ёмкостей – довольно сложно получить в сервере ёмкости порядков терабайт, особенно если система уже работает на существующих дисках небольшой ёмкости – как минимум, требуется остановка системы и неэффективные финансовые вложения.

Неэффективная утилизация ресурсов – порой не угадать, в каком сервере данные будут расти быстрее. В сервере электронной почты может быть свободен критически малый объём дискового пространства, в то время как другое подразделение будет использовать всего лишь 20% объёма недешёвой дисковой подсистемы (например, SCSI).

4. Низкая степень конфиденциальности распределённых данных – невозможно проконтролировать и ограничить доступ в соответствии с политикой безопасности предприятия. Это касается как доступа к данным по существующим для этого каналам (локальная сеть), так и физического доступа к носителям – к примеру, не исключены хищения жёстких дисков, их разрушение (с целью затруднить бизнес организации). Неквалифицированные действия пользователей и обслуживающего персонала могут нанести ещё больший вред. Когда компания в каждом офисе вынуждена решать мелкие локальные проблемы безопасности, это не даёт желаемого результата.

5. Сложность управления распределёнными потоками информации – любые действия, которые направлены на изменения данных в каждом филиале, содержащем часть распределённых данных, создает определённые проблемы, начиная от сложности синхронизации раз-личных баз данных, версий файлов разработчиков и заканчивая ненужным дублированием информации.

6.Низкий экономический эффект внедрения «классических» решений – по мере роста информационной сети, больших объёмов данных и всё более распределённой структуры предприятия финансовые вложения оказываются не столь эффективны и зачастую не могут решить возникающих проблем.

7. Высокие затраты используемых ресурсов для поддержания работоспособности всей информационной системы предприятия – начиная от необходимости содержать большой штат квалифицированного персонала и заканчивая многочисленными недешёвыми аппаратными решениями, которые призваны решить проблему объёмов и скоростей доступа к информации вкупе с надёжностью хранения и защитой от сбоев.

 Рассмотрим типовые схемы подключения и виды систем хранения данных.

Мегабайты или транзакции?

Если раньше жёсткие диски находились внутри компьютера (сервера), то теперь им там стало тесно и не очень надёжно. Самое простое решение (разработанное достаточно дав-но и применяемое повсеместно) – технология RAID.

 

При организации RAID в любых системах хранения данных дополнительно к защите информации мы получаем несколько неоспоримых преимуществ, одно из которых – скорость доступа к информации.

При организации RAID в любых системах хранения данных дополнительно к защите информации одно из неоспоримых преимуществ, одно из которых – скорость доступа к информации. 

Скорость определяется не только пропускной способностью системы (Мбайт/с), но и числом транзакций – то есть числом операций ввода-вывода в единицу времени (IOPS).

Критичным фактором для жестких дисков является  число транзакций, которые способна обрабатывать система,  растущие объёмы информации и скоростями передачи данных.

Все эти проблемы призвана решить сама система хранения данных. 

Уровни защиты

Нужно понимать, что в основе всех систем хранения данных лежит практика защиты информации на базе технологии RAID – без этого любая технически продвинутая СХД будет бесполезна, потому что жёсткие диски в этой системе являются самым ненадёжным компонентом. Организация дисков в RAID – это «нижнее звено», первый эшелон защиты информации и повышения скорости обработки.

Как известно, у жёстких дисков с интерфейсом IDE существует технология SMART, призванная предсказывать возможные проблемы в работе диска, которая зачастую работает очень неточно, что сводит её ценность практически к нулю. У дисков же, использующихся в серьёзных СХД (диски SCSI и FibreChannel), изначально не было технологии SMART – по-этому оценка целостности и верификация данных каждого конкретного сектора – большой плюс, позволяющий дополнительно защитить данные и уведомить администратора системы о возможных проблемах задолго до момента их реального наступления.

Жёсткий диск может быть и исправен, но обладать так называемыми проблемами «мягких ошибок» («soft errors») – когда данные в секторе записаны корректно, но чтение их может давать различный результат. Такой вариант неприемлем, но «remap» (подмена) такого сектора средствами самого жёсткого диска не происходит – в этом случае и спасает технология анализа каждого сектора, применяемая у EMC.

Элементы, характерные для систем хранения данных – функциональность СХД, протоколы, топологии подключения хранилищ к серверам.

Ранее, повсеместно применялась стандартная схема – сервер с дисками внутри, на которых хранятся основные данные; локальная сеть и компьютеры-клиенты. И вот наконец-то свершилось – системы хранения данных выделяются в отдельный «пласт». Теперь данные хранятся на специализированном оборудовании, обеспечивающем высочайшую надёжность хранения и уровень сервиса. Собственно, ради этих составляющих – надёжности хранения и сервиса, которые предоставляет хранилище для управления информацией – в основном и строятся сети хранения данных (Storage Area Network, SAN).

В данной лекции разберемся с элементами, характерными именно для сетей хранения данных – функциональностью СХД, протоколами, топологиями подключения хранилищ к серверам. Одной из самых «продвинутых» и распространённых топологий и является SAN, хотя хранилища можно подключать по разными схемам.

Итак – сети хранения и системы хранения данных. Системы хранения данных, или, на профессиональном жаргоне, дисковые стойки, в первую очередь легко различать по внешним интерфейсам, которые и обеспечивают подключения серверов (хостов), и по типу используемых внутри накопителей. Наряду с терминами СХД (система хранения данных) будем также упоминать синонимы – к примеру, «дисковая стойка».

Внешние интерфейсы подключения – это, как мы помним, в основном SCSI или FibreChannel, а также довольно молодой стандарт iSCSI. Также не стоит сбрасывать со счетов небольшие интеллектуальные хранилища, которые могут подключаться даже по USB или FireWire и просто неудачные в том или ином плане интерфейсы, как SSA от IBM или интерфейсы, разработанные для мейнфреймов – к примеру, FICON/ESCON. Особняком стоят хранилища NAS, подключаемые в сеть Ethernet. Под словом «интерфейс» в основном понимается внешний разъём, но не стоит забывать, что разъём не определяет протокол связи двух устройств. На этих особенностях мы остановимся чуть ниже.