Plan. Tolérance aux fautes : principes et mécanismes. Disques. Pragmatique

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1 Plan Tolérance aux fautes : principes et mécanismes o Concepts de base, terminologie o Techniques de base o Pragmatique o Éléments d algorithmique J.B Stefani - INRIA S. Krakowiak - Université Joseph Fourier [FFS] = For Further Study = études complémentaires à mener soi-même (fortement conseillées) 1 2 Pragmatique Disques o Disques o Serveurs o Réseaux o Les disques protègent les données! u Les données sont importantes («most important asset») o Les disques doivent être disponibles! u Des données inaccessibles ne servent à rien o Les disques sont parmi les composants les plus exposés aux défaillances u Nombre u Mécanismes physiques 3 4

2 Disques Application / SGBD Gestion de fichiers / Accès volumes Disques RAID (Redundant Array of Inexpensive [ou Independent] Disks) o Hiérarchie de gestion de données o Disk Array u Remplacement à chaud de disques physiques u Mémoire cache u Batterie de secours o SAN («Storage Area Network») LAN RAID logiciel / Gestion de volumes RAID matériel Disques physiques SAN o Motivations u Augmenter les performances (bande passante) par l accès parallèle («striping») u Augmenter la disponibilité par la redondance o Historique u Origine : Berkeley, 1987 u Nombreux produits commerciaux (HP AutoRaid, IBM, StorageTek,...) 5 6 Disques RAID o Classification u Striping : RAID 0 u Miroir : RAID 1 u Accès parallèles synchronisés : RAID 2 et 3 u Accès indépendants : RAID 4 et 5 u Double redondance : RAID 6 u Extensions diverses (ex : 1+0, allocation dynamique) Disques RAID : RAID 0 («striping») E F G H I J K L o Striping séquentiel sur l ensemble des disques o Accès parallèle possible à des enregistrements indépendants o Pas de protection des données contre les pannes u La défaillance d un disque entraîne une perte de données u Diminution de la disponibilité! o Usage : par ex. calcul scientifique (performances d accès = facteur dominant) 7 8

3 Disques RAID : RAID 1 («mirroring») Disques RAID 1+0 (striped mirrors) E F G H E F G H disques miroir disques miroir o Disques dupliqués (duplication active) o Redondance par duplication intégrale (disques miroir) u coût de la redondance = 100% de la capacité o Usage : SGBD avec exigence forte de disponibilité et peu de contraintes de capacité o Disques miroir, «stripés» o Duplication intégrale mais avec accès parallèle o Perte de données si une paire de disques tombe en panne o Exercice : comparer à RAID 0+1 (mirrored stripes) 9 10 Disques RAID : RAID 2 Disques RAID : RAID 3 parité L information de parité permet de reconstruire le contenu d un disque défaillant, mais nécessite l accès à l ensemble des disques valides. o Striping séquentiel à grain fin sur l ensemble des disques o Accès synchrone à l ensemble des disques o Redondance par code correcteur d erreur (Hamming) u capacité additionnelle croit comme log (nb. disques) u exemple : 4 (+ 3), 10 (+ 4) o Usage : applications scientifiques (accès séquentiel, grand volume) o Striping séquentiel à grain fin sur l ensemble des disques o Accès synchronisés à l ensemble des disques o Redondance : informations de parité sur disque unique u XOR de tous les disques ; ~ 20 à 25% de redondance o Tolère la défaillance d un disque o Usage : transfert séquentiel de grands volumes de données 11 12

4 Disques RAID : RAID 4 Disques RAID : RAID 5 I J E F G H parité o Striping séquentiel sur l ensemble des disques, par blocs o Accès non synchronisés (accès indépendants possibles en parallèle) o Redondance : informations de parité sur disque unique o Limitation : coût du maintien de la parité si mises à jour fréquentes - surcharge du disque de parité o Striping séquentiel sur l ensemble des disques, par blocs o Accès non synchronisés (accès parallèle possible) o Redondance : informations de parité réparties sur tous les disques (élimine la surcharge du disque unique de parité) o Efficace pour lectures (toutes tailles) et grandes écritures moins efficaces pour petites écritures Disques RAID : RAID 6 Conclusions sur RAIDs o La plupart des produits utilisent RAID 1, 3 ou 5 o Le réglage d un RAID est un processus délicat u nombreux paramètres de réglage (taille des tranches,...) u sensibilité aux variations des paramètres de réglage u sensibilité aux variations de charge o Amélioration de RAID 5, tolère la défaillance de deux disques o Caractéristiques : comme RAID 5, mais u inefficacité accrue en écriture (mise à jour parité) u coût de la reconfiguration en cas de changement o Problèmes de performances dans certaines conditions u pour les petites écritures u en mode dégradé -> redondance supplémentaire manuelle o Solution encore relativement coûteuse u circuits spécialisés pour calcul de parité 15 o Quelques tendances u ajouter de l intelligence dans les contrôleurs, gestion à plusieurs niveaux, gestion adaptative 16

5 Disques Serveurs o [FFS : investiguer les différentes offres constructeurs u Disk arrays u SAN Et leurs caractéristiques pour la sûreté de fonctionnement, par ex : Niveau de RAID Remplacement à chaud Alimentation électrique Refroidissement Connexions (bus, SCSI, FiberChannel, LAN, etc) Gestion des volumes Compromis coût / disponibilité? ] o Serveur d information redondant u Duplication passive des serveurs : primaire et secours u Réseaux : réseau d accès, réseau d administration, réseaux «heartbeat» u Disques : Disques privés (par serveur) Disques partagés (redondants -> RAID miroir ou parité) u Pas de point de défaillance unique («single point of failure») Alimentation électrique Événements externes Serveurs : configurations Serveurs : configurations disques miroir partagés disques mirroir partagés «dual data paths» «dual data paths» primaire Dual heartbeat secours primaire 1 / secours 2 Dual heartbeat secours 1 / primaire 2 Réseau d accès Réseau d accès o Configuration 1-1 asymétrique o Réseaux «heartbeat» dédiés o Les disques partagés contiennent l état du système o Bascule («failover») entre primaire et secours en cas de panne du primaire (accès aux disques partagés bascule également) 19 o Configuration symétrique o Les serveurs restent indépendants l un de l autre o Moindre coût o Impact sur la performance en cas de bascule o Peut être généralisée à plusieurs applications («service level failover») 20

6 Serveurs : configurations LAN SAN Exemple de système à haute disponibilité : IBM HA-CMP o HA-CMP : High Availability Cluster MultiProcessing u Principe : disque partagé (accès multiple) o Accès aux disques miroir via un SAN o Réseaux «hearbeat» séparés o Flexibilité accrue o Utilisation pour fermes de serveurs («server farms») Serveur A Disque 1 Disque 2 Serveur B IBM HA-CMP : architecture logicielle (1) CLINFO CLINFO CLINFO IBM HA-CMP : architecture logicielle (2) contrôleur de ressources Gérant de grappe surveillance CLINFO Grappe (cluster) configuration de la grappe Contrôleur de grappe Gérant d'événements Gérant de verrous gérant de verrous gérant de grappe Agent SNMP CLINFO : service d information sur la grappe (informe les clients sur l état de la grappe) Agent SNMP : reçoit information du gérant de grappe et la rend accessible via SNMP (Simple Network Management Protocol, protocole d'administration des systèmes Unix) Gérant de verrous : synchronisation distribuée pour la gestion des verrous des transactions modules d interface réseau Interface réseau échanges de messages fonctionnels (application) "je suis vivant" (surveillance mutuelle) scripts d'événements Agent SNMP Gérant de grappe : gestion globale de ressources (voir suite) 23 24

7 IBM HA-CMP : principe de la reprise Plusieurs variantes Recouvrement simple : l application fonctionne sur l un des systèmes (primaire). L autre système est inactif ou exécute des tâches de fond, non critiques. Recouvrement mutuel : les applications sont exécutées sur les deux systèmes, mais sans partage d information (fichiers disjoints). En cas de défaillance d un système, ses applications sont reprises par l autre. Partage de charge : les applications sont exécutées sur les deux systèmes et peuvent partager des données. Mais ce partage passe nécessairement par un gérant distribué de verrous pour assurer des propriétés transactionnelles Serveurs o [FFS : u Autres configurations possibles (e.g. N/1 asymétrique, symétrique, etc) u Fonctionnement des logiciels de «failover management» (e.g. Veritas, Sun,...) u Sauvegardes u Duplication de bases de données ] Dans tous les cas, la communication (pour reprise) se fait toujours par le disque partagé Réseaux Réseaux o Redondance u Connexions à un réseau u Connexion à plusieurs réseaux o Connexions multiples à un réseau u Panne de cartes d interface, de câble, de système d I/O u Cartes séparées (isolation de fautes) u Duplication avec bascule en cas de panne de la carte primaire u Possibilité de groupement de connexions («trunking») entre serveur et switch o [ FFS : Connexions à plusieurs réseaux u Investiguer différentes formes de redondance dans réseaux IP u Plans d adressage u Hiérarchie de routeurs u Tables de routage (RIP, OSPF, BGP) u DNS u Etc ] 27 28