Повышение надежности сети хранения данных информационных систем. Способы повышения надежности сети хранения данных

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СЕТИ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Цель работы: Определение количественных характеристик надежности сети хранения данных.

Задачи работы:

1. Изучить способы повышения надежности сети хранения данных.

2. Выработать навыки использования методов расчета надежности применительно к сети хранения данных.

Сведения из теории

Сеть хранения данных, СХД (англ. Storage Area Network, SAN) —представляет собой архитектурное решение для подключения внешних устройств хранения данных, таких как дисковые массивы, ленточные библиотеки, оптические  приводы к серверам таким образом, чтобы операционная система распознала подключённые ресурсы как локальные.

Длительность задержки, в течение которой программа, отдельный компонент или система простаивает, может находиться в диапазоне от нескольких секунд до нескольких часов, но более часто в диапазоне от 2 до 20 минут. Конфигурация таких систем должна обеспечивать быстрое восстановление после обнаружения неисправности, для чего могут использоваться избыточные массивы дисков и кластеры высокой готовности.

Избыточные массивы дисков.Наиболее "слабой" в смысле отказоустойчивости частью компьютерных систем всегда являлись жесткие диски, поскольку они, чуть ли не единственные из составляющих компьютера, имеют механические части. Данные, записанные на жесткий диск доступны, только пока доступен жесткий диск, и вопрос заключается не в том, откажет ли этот диск когда-нибудь, а в том, когда он откажет.

Для защиты от отказов отдельных дисков используют технологии RAID, которые  применяют дублирование данных, хранимых на дисках. Акроним RAID (Reudant Array of Independed Disks) избыточный массив независимых дисков, впервые был использован в 1988 году исследователями из института Беркли Паттерсоном (Patterson), Гибсоном (Gibson) и Кацем (Katz). Они описали конфигурацию массива из нескольких недорогих дисков, обеспечивающих высокие показатели по отказоустойчивости и производительности.

RAID обеспечивает метод доступа к нескольким жестким дискам, как если бы имелся один большой диск (SLED single large expensive disk), распределяя информацию и доступ к ней по нескольким дискам, обеспечивая снижение риска потери данных, в случае отказа одного из винчестеров, и увеличивая скорость доступа к ним

Кластеры надежности (высокой готовности). Кластер высокой готовности – это группа серверов, работающих как единая система для предоставления высокой доступности сервисов и приложений для клиентов.

Кластерная система характеризуется высокой надежностью, производительностью, гибким масштабированием и легкостью в управлении. Высокая надежность достигается путем дублирования всех критически важных для работы компонентов. Высокая производительность и масштабируемость – за счет распределения нагрузки между узлами (серверами) кластера. Легкость управления подразумевает собой возможность управлять как централизованно всем кластером, так и отдельными серверами, входящими в его состав.

Кластеры высокой готовности используются в тех ситуациях, когда отказы информационной системы недопустимы и доступ клиентов к приложениям и сервисам должен быть непрерывен. Как правило, они используются для таких сервисов, как системы управления предприятием, базы данных, серверы почты и мобильных сообщений, файловые серверы, серверы web-приложений, серверы печати, и других.

Высокая доступность ресурсов кластерной системы в случае сбоя одного из серверов или при проведении профилактических работ обеспечивается за счет перемещения служб или приложений между узлами. Для клиента кластер выглядит как единое целое и его неполадки могут выразиться в кратковременном снижении производительности или недоступности какого-либо ресурса на время, составляющее от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от конфигурации.

Современные методы кластеризации уменьшают расходы и улучшают готовность, обеспечивая максимальную эффективность работы центров обработки данных:

·  ассиметричная кластеризация;

·  cимметричная;

·  кластеризация N+1.

При ассиметричной кластеризации (кластеризации активный/пассивный) соединяются две системы, одна из которых является активной, а другая пассивной, но готовой в случае сбоя первой системы взять на себя ее нагрузку (рис.6.1).

Рис. 6.1. Ассиметричная кластеризация:

1 активный узел, 2 пассивный узел, 3 хранилище данных.

При симметричной кластеризации обе системы активны и готовы подстраховать одна другую в случае сбоя (рис.6.2). 

Этот метод кластеризации сокращает расходы, так как обе системы работают постоянно. Недостаток этого метода заключается в том, что если одна система откажет, то нагрузка другой удвоится, что может привести к снижению производительности ее приложений и даже к их недоступности.

Рис. 6.2. Симметричная кластеризация

Кластеризация N+1 кластер из трех и более систем, подключенных к одной системе хранения и готовых переключить нагрузку при сбое на любой другой сервер. При кластеризации N+1 всегда есть выделенный резервный сервер. При сбое одной из систем он берет на себя ее нагрузку, а после восстановления работоспособности отказавшего сервера тот становится резервным. На рис. 6.3 приведен пример кластеризации N+1, в котором кластер состоит из пяти систем: четырех активных и одного пассивного. Пассивный кластер  в случае отказа любого из активных готов взять