Systemy komputerowe wysokiej dostępności

Strategia tworzenia HAS Określenie kosztów przestoju systemu informatycznego Określenie kosztów, które można można ponieść dla instalacji HAS Przydatne pojęcia: system bazowy (basic system) system failover (dwa systemy - jedno przeznaczenie) disaster recovery redundancja

wybór platformy dostęp aplikacje bazy danych common middleware, tools & integration wybór linux/win2000 platformy unix Konfiguracja serwera dostęp serwery na krawędzi internetu (examples: caching, firewall, security) Dlaczego storage jest tak istotny w dzisiejszym świecie, dlaczego z roku na rok mówi się o nim coraz więcej, dlaczego rośnie sprzedaż pamięci masowych? Najlepszą odpowiedź znajdziemy w opublikowanych swego czasu badaniach Uniwersytetu Berkeley. Naukowcy podsumowali ostatnie 40000 lat ludzkości liczbą 12m TB (czyli 12 exabajtów) danych stworzonych w tym okresie (poczynając od rysunków w jaskiniach). aplikacje bazy danych grup roboczych podstawy funkcjonowania rozwiązań korporacyjnych i korporacyjne -

obecne środowisko informatyczne nowe środowisko informatyczne konsultacje serwis projekt obsługa szkolenia wdrożenie obecne środowisko informatyczne nowe środowisko informatyczne integracja strategia usług obsługa Następnie naukowcy oszacowali przewidywany przyrost ilości danych generowanych przez cywilizację w latach 2000-2003 i stwierdzili, że w latach 2000-2002 będzie ona istotnie większa niż w przeciągu poprzednich 40000lat. Przewidują również, że ilość danych w latach 2000-2003 będzie ok. 4-krotnie większa od wygenerowanej przez poprzednie 40 tys. lat! Potwierdzeniem tych przewidywań może być rosnąca lawinowo sprzedaż pamięci masowych. Dla przykładu w roku 2000 HP sprzedało 28 petabajtów systemów dyskowych RAID przy 70% wzrostu w stosunku do poprzedniego roku. Ta liczba nie obejmuje m.in. systemów nie zabezpieczanych przez RAID (czyli np. zwykłych dysków w serwerach i PC-tach) oraz bardzo pojemnych systemów taśmowych. rozwój

Taksonomia

Architektury równoległe

More detailed analysis

Address space

64-Bity IA-32 posiada 64-bit a nawet więcej 64-bitowa magistrala 64- bitowa jednostka zmiennoprzecinkowa 80-bitowe rejestry 64-bitowa jednostka stałoprzecinkowa 64/128-bity MMX™/XMM rejestry ale tylko 32-bity przestrzeni adresowej Procesor Itanium® ma 64-bitową przestrzeń adresowa ale to nie wszystko Jak wiele i jak szybko można przesłać dane jako: 32-bitowe paczki 64-bitowe paczki

64-bity przestrzeni adresowej 32-bity adresowania 1 cm wysokość CD 64-bity adresowania 429496 km odległość między ziemią a księżycem 64-bit 32-bit .

Shared space organization

Distributed memory

Virtually-shared physically distributed

Własności warstwy sieciowej

Podsumowanie Pamięć wspólna (współdzielona) - shared memory łatwość programowania - trudno skalowalna Pamięć rozproszona - distributed memory trudno programować - łatwiejsza skalowalność Pamięć wirtualnie wspólna - virtual shared OpenMP SM DM DSM

HAC High Availability Clusters - podklasa Parallel SMP Systemy sieciowe (rozproszone) versus klastry Klastry (systemy roproszone): przeznaczenie do obliczeń o wysokiej złożoności (rozproszenie aplikacji) wysokiej dostępności (realizacja lokalna aplikacji z możliwością migracji procesów) użytkowanie dedykowane sieciowe zasoby dyski dzielone dyski lokalne SMP z pamięcią dzieloną

Odpowiedniość Odpowiedniość A - najbardziej D - najmniej

Zastosowania przemysłowe i komercyjne obliczenia n-t przetwrzanie transakcyjne eksploracja danych architektury wieloprocesorowe atrybuty: największa wydajność komputera wydajność poszczególnego węzła (mała liczba węzłów) wysoka dostępność (duża liczba węzłów) ---> optymalizacja

Rozwój architektur bazodanowych Przetwarzanie rozproszone rozdział mocy obliczeniowej decentralizacja zasobów

3-warstwowa architektura Przetwarzanie rozproszone --transakcyjne zarządzanie regułami zarządzanie danymi logika aplikacji zarządzanie i logika prezentacji

Sieciowe Przeglądarki dowolny OS H/W Cieżki klient JavaOS H/W Lekki klient (thin client) Java Computing Procesory-historia: Pico- Micro- Ultra-Java

Przewidywana popularność systemów operacyjnych (Linux !!) Inne: OS/400, Novell, Modesto WindowsNT, Windows2000 Win64 Unix: IBM AIX HP-UX Compaq Tru64UNIX SUN Solaris Linux Monterey Zadowolenie użytkowników: 1. IBM AIX 2. Compaq True64UBIX 3. HP-UX 4. SUN Solaris 5. SGI IRIX

Udział procentowy ( dane z 2000 )

Czy Przyszłość to Itanium 2 ? RISC / UNIX Migration to Intel® Itanium® 2 Processor IDC Forecast (Q1 04) Dell Hewlett Packard Hitachi NEC SGI Unisys IBM Bull Fujitsu Fujitsu Siemens Sun Power SPARC RISC & Itanium-based Server Volumes 500 400 300 200 SPARC 100 8 na 9 producentów procesorów RISC przechodzi na technologie Itanium 2 2003 2004 2005 2006 2007 2008 IPF Alpha PA-RISC Power SPARC

Dobór Procesorów Do Aplikacji Workstations Front-End (Edge) Mid-Tier (Enterprise) Backend (Databases) High Performance Computing Itanium™ 2 Processor Intel® Itanium™ 2 Processor Xeon™ Processor Intel® Xeon™ Processor Workloads Web Server ERP BI CRM CAE Life/Med Sci Finance Oil&Gas EDA/MCAD/DCC/CAE Mail/Calendar Gaming SCM Database Best for general purpose IT infrastructure: Workstation, front-end & mid-tier solutions Best for business critical enterprise mid-tier & back-end servers & tech computing

64-bit computing Adresacja: 32-bitowy do 4GB; 64-bitowy do ~18 EB Obliczenia stałoprzecinkowe: zwiększony zakres (long i pointer), zwiększona wydajność Lepsze wykorzystanie zasobów: większe zbiory większa ich liczba większa liczba użytkowników Aplikacje o dużym zapotrzebowaniu na zasoby zwłaszcza dla SMP

64-bity przestrzeni adresowej 32-bity adresowania 1 cm wysokość CD 64-bity adresowania 429496 km odległość między ziemią a księżycem 64-bit 32-bit .

ECC ECC (either "error correction [or correcting] code" or "error checking and correcting") allows data that is being read or transmitted to be checked for errors and, when necessary, corrected on the fly. It differs from parity-checking in that errors are not only detected but also corrected. ECC is increasingly being designed into data storage and transmission hardware as data rates (and therefore error rates) increase. Here's how it works for data storage: When a unit of data (or "word") is stored in RAM or peripheral storage, a code that describes the bit sequence in the word is calculated and stored along with the unit of data. For each 64-bit word, an extra 7 bits are needed to store this code. When the unit of data is requested for reading, a code for the stored and about-to-be-read word is again calculated using the original algorithm. The newly generated code is compared with the code generated when the word was stored. If the codes match, the data is free of errors and is sent. If the codes don't match, the missing or erroneous bits are determined through the code comparison and the bit or bits are supplied or corrected. No attempt is made to correct the data that is still in storage. Eventually, it will be overlaid by new data and, assuming the errors were transient, the incorrect bits will "go away." Any error that recurs at the same place in storage after the system has been turned off and on again indicate a permanent hardware error and a message is sent to a log or to a system administrator indicating the location with the recurrent errors. At the 64-bit word level, parity-checking and ECC require the same number of extra bits. In general, ECC increases the reliability of any computing or telecommunications system (or part of a system) without adding much cost. Reed-Solomon codes are commonly implemented; they're able to detect and restore "erased" bits as well as incorrect bits.

Perspektywy rozwojowe

Technology Infrastructure Składowe dostępności Availability is Built, Managed and Measured "Technology is one component in the evolution to high availability systems" Technology Infrastructure Availability IT Processes Support Partnerships

Udział czynników wywołujących awarie w standardowych warunkach bez dodatkowych zabezpieczeń MTBF - Mean, przykład: 500 dysków, dla każdego MTBF = 200,000 godz. średnio uszkodzenie co 200,000/500 = 400 godz = 16.5 dnia !!!

Wiarygodność systemu informatycznego Pojęcie pojemne, atrybuty: niezawodność, dostępność, tolerowanie awarii nadmiarowość i diagnostyka istniejących błędów i usterek w systemie bezpieczeństwo systemu w sytuacjach wyjątkowych zabezpieczenie systemu przed niepowołanym dostępem do zasobów poufność i integralność przetwarzanej lub przesyłanej informacji przeżywalność systemu - odporność na zagrożenia Ważny element - organizacja pracy

Uszkodzenia/wady systemu (rozproszonego) Zdolność do przetrwania uszkodzenia (niemożliwa eliminacja prawdopodobieństwa powstania) Rodzaje uszkodzeń z względu na widoczność awarii uszkodzenie uciszające (fail-silent fault) - brak działania (fail-stop fault) uszkodzenie „bizantyjskie” (Byzantine fault) - wadliwe działanie Wady (pod względem trwałości awarii) przejściowe (transient faults) nieciągłe (intermittent) - przypadkowe trwałe (permanent) Systemy synchroniczne (odpowiedź na komunikat w określonym czasie) i asynchroniczne

Analiza atrybutów wiarygodności model przejść stanów dopuszczalne kontrolowane (błędy oczekiwane i strategie postępowania) zagrożenia stany nieoczekiwane - błędy przypadkowe błędy celowe - ingerencja z zewnątrz błędy nadciągające - niederministyczne działanie systemów i aplikacji niesprawdzone aplikacje, modyfikacje konfiguracji .... katastrofy - wstrzymanie pracy

Redundancja w systemach wysokiej dostępności Redundancja (inaczej): czasu (powtórzenie działania - niepodzielne transakcje; wady przejściowe lub nieciągłe) fizyczna (aktywne zwielokrotnienie zasoby rezerwowe) informacji (dodatkowe bity; kod Hamminga)

Przykładowe dane Skutki utraty danych: 50% firm upada natychmiast, 90% w ciągu 2 lat Oracle: średni koszt przerwy w pracy systemu: 80 tys.USD/godz. firma brokerska: 6.5 mln USD/godz. weryfikacja kart kredytowych/zakupy: 2.5 mln USD/godz. rezerwacja biletów lotniczych: 90 tys. USD/godz.

wszystkie dane stworzone przez ostatnie 40000 lat 40,000 bc cave paintings bone tools 3500 bc writing 105 paper 1450 printing 1870 electricity, telephone 1947 transistor 1993 the web 1999 source: uc berkeley 12M TB

(add 24m) 57m (add 12m) 33m (add 6m) 21m (add 3m) 15m tb więcej danych zostanie stworzonych przez najbliższe 3 lata niż przez ostatnie 40000 lat 40,000 bc cave paintings bone tools 3500 bc writing 105 paper 1450 printing 1870 electricity, telephone 1947 transistor 1993 the web 1999 source: uc berkeley 57M TB

Prawne wymogi przechowywania dokumentów z dysków produkcyjnych (katalog rozwiązań ILM 2005; materiały reklamowe firmy StorageTek)

System pracy ciągłej Realizuje funkcje bez znaczących przerw w pracy W elementach składowych uwzględnia się wymagania: niezawodności (Reliability) - R(t), statystyczna miara MTBF, MTTF dostępności (Availability) - A(t) serwisowania (Serviceability) Wymagania RAS

Dostępność systemu komputerowego Ogólnie: Nieliniowo rosnący wzrost kosztów

Podział systemów - inaczej 1. standardowa dostępność - tylko backup („do nothing special”) 2. poziom podwyższony - ochrona danych („protect the data”) - dyski lustrzane, RAID 3. wysoka dostępność - ochrona systemu („protect the system”) - HA 4. ochrona organizacji („protect the organization”) - rozdział geograficzny 5. Fault tolerant - specjalizowane systemy komputerowe - równoległa praca elementów - niebezpieczeństwo w uszkodzeniu oprogramowania konieczne zrównoważenie zysków i strat, uwzględnienie przypadków niekorzystnych

Wymagania serwisowania Serviceability Usługi serwisowe, przykładowe poziomy: Gwarancja 1-3 lata opcje - czas reakcji serwisu producenta następny dzień roboczy 4 godz. 365 x 7 x 24 + wsparcie telefoniczne systemy krytyczne - gwarantowany czas naprawy 4 godz. 365 x 7 x 24 + wsparcie telefoniczne

Stadia projektu systemu HA Analiza funkcjonalna aplikacji Wybór architektury komputerów i systemu Analiza usług serwisowych producenta Analiza ekonomiczna Plan implementacji i eksploatacji zarządzania Polityka ochrony danych prawa dostępu, ochrona dostępu, kopie zapasowe, archiwizacja) Zniszczenia rozległe Plan szkoleń

O czym mówiliśmy do tej pory ? niezawodność (Reliability) - R(t), statystyczna miara MTBF, MTTF dostępność (Availability) - A(t) serwisowanie (Serviceability) 4 godz. 365 x 7 x 24 + wsparcie telefoniczne

Poziom podwyższony - ochrona danych Macierze dyskowe RAID automatyczne biblioteki taśmowe urządzenia do zapisu optycznego na dyskach CD.