RAID 5

Transcripción

RAID 5

Curso: Sistemas Operativos II
Plataforma: Linux - OpenSuse
RAID 5
Es un sistema de almacenamiento el cual hace uso de múltiples discos entre los cuales
replica los datos, este se aplica bajo un escenario regularmente de servidores en el cual se poseen
como mínimo 3 unidades de discos duros y se desea tener la división de datos a nivel de bloques
distribuyendo la información de paridad entre todos los miembros del sistema de RAID, por lo tanto,
un sistema RAID 5 proporciona beneficios como una mayor integridad, mayor tolerancia a fallos,
mayor rendimiento, mayor fiabilidad y sobre todo mayor capacidad
Universidad de San Carlos de Guatemala
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ciencias y Sistemas
INDICE
TEMA
No. PAGINA
Introducción
……………………………………………………………………
3
Objetivos
……………………………………………………………………
4
Marco Teórico ……………………………………………………………………
5
Configuración …………………………………………………………………...
8
Conclusiones
……………………………………………………………………
25
Bibliografía
……………………………………………………………………
26
………………………………………………………….
27
Recomendaciones
2
INTRODUCCION
Debido a la rápida expansión de la informática a nivel mundial,, más personas están en
contacto con el mundo de las computadoras y la informática, teniendo principalmente 2 enfoques,
el primero los tipos de personas que hacen uso de las comput
computadoras
adoras a nivel personal y por el otro
lado las personas que hacen uso de estas a nivel profesional
profesional.. Todo ha servido para una evolución
evolució
más rápida de los distintos componentes que integran las computadoras,, es decir que cada día hay
avances en esta área, en donde cada vez se ven dispositivos nuevos con características nuevas y
sobre todo con capacidades que superan a las anteriores
anteriores.
Partiendo de datos históricos en los que se hace referencia a que d
desde
esde hace más de 20
años la capacidad de proceso de los pro
procesadores
cesadores ha aumentado un 40 % cada año y en el mismo
periodo de tiempo, los discos han doblado su capacidad cada año, mientras que su costo se ha
reducido a la mitad. Desgraciadamente, el aumento del rendimiento de los disco duros ha sido
menos importantee en comparación con el rendimiento del sistema, ya que tan solo ha me
mejorado
un 50 % durante los últimos años
años.
En base al escenario an
anterior podemos observar que existe un problema con los discos
duros, que son menos eficaces que el redimiendo general del sistema, provocando una
descompensación entre el tratamiento de la información del sistema que es muy rápida y la
lectura - grabación de datos en el disco duro que es muy lenta.
Por lo anterior mencionado se propuso un sistema para guardar información en varios
discos duros a la vez por lo que acceso se hacia más rápido ya que la carga se distribuía entre los
diferentes discos duros, a esto se le llamo cadenas redundantes de discos de bajo costo (RAID).
Pero a la hora de saber como podemos optimizar nues
nuestro
tro RAID nos encontrábamos con
algunos problemas, como puede ser el encontrar la perfecta relación calidad precio y es ahí
cuando surgieron los diferentes niveles de RAID, que no son mas que combinaciones de
características especiales que al combinarse gen
generan
eran una especificación del RAID que se adecua a
diferentes escenarios.
En este documento se intentará explicar que es RA
RAID,
ID, específicamente hablaremos de un
nivel 5 de RAID, mostraremos como se co
configura
nfigura e implementa dicho RAID, sin mas preámbulo
presentamos
mos el siguiente trabajo investigativo
investigativo.
3
OBJETIVOS
General:
•
Lograr una correcta implementación de un sistema de RAID Nivel 5, derivado de un
comprensión a cabalidad de los conceptos que de el se derivan.
Específicos:
•
Estudiar la historia de los sistemas de RAID en general.
•
Comprender el funcionamiento de un RAID adentrándonos específicamente en un nivel 5.
•
Estudiar los requerimientos a nivel de hardware para su correcta implementación.
•
Ejemplificar la configuración mediante un caso práctico.
4
RAID 5:
Historia de RAID:
La Patente USPTO nº 4,092,732
4,092,732, titulada System for recovering data stored in failed
fa
memory unit o por su traducción al español Sistema para recuperar datos almacenados en una
unidad de memoria averiada,, cuyas demandas describen lo que más tarde sería denominado full
striping o por su traducción al español escritura totalmente dividida, fue otorgada a Norman Ken
Ouchi de IBM en 1978.
Esta patente también menciona la copia espejo mirroring o duplexing,, que más tarde
sería denominada RAID 1, y la protección con cálculo de paridad dedicado, que más tarde sería
denominada RAID 4, que eran ya arte previo en aquella época.
La tecnología RAID fue definida por primera vez en 1987 por un grupo de informáticos de
la Universidad de California, Berkeley
Berkeley.. Este grupo estudió la posibilidad de usar dos o más discos
que aparecieran como un único dispositivo para el sistema.
En 1988,, los niveles RAID 1 a 5 fueron definidos formalmente por David A. Patterson,
Patterson
Garth A. Gibson y Randy H. Katz en el ensayo “A
A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks”,
Disks
publicado en la Conferencia SIGMOD de 1988.
El término “RAID” se usó por vez primera en este ensayo, que dio origen a toda la industria
de los conjuntos de discos.
[ 1]
Definición de RAID:
Redundant Array
rray of Independent Disk, es una Matriz Redundante
dante de Discos
Independientes. Existen varios niveles RAID 1, 2, 3 ,4 y 5 dependiendo la necesidad.
Esta tecnología permite que en vez de haber un solo disco de gran capacidad en equipos
servidores y exponernos a que pueda fallar, tenemos varios discos que actúan como espejo de
forma que si uno falla automáticamente se van volcando los datos en otro y así mantenemos la
disponibilidad del servicio hasta que la unidad dañada sea sustituida.
[ 2]
5
Tipos de RAID:
Existen dos tipos diferentes de RAID, estos son tanto por hardware y por software, a
continuación los definiremos:
RAID por Hardware:
Es ell método más eficiente de implementar un sistema RAID, En este caso, el usuario
compra una tarjeta RAID que conecta al bus PCI, y a esta tarjeta conecta los discos duros que
desee. El ordenador simplemente verá un único disco duro, pues todas las operaciones de copia
de datos, distribución entre discos duros y checks
checksums
ums son realizadas por la propia tarjeta, de
forma totalmente transparente al ordenador. Incluso en sistemas profesionales con montajes en
rack, los discos duros pueden ser desconectados y conectados con el sistema encendido, de forma
que no hace falta parar
ar el servidor en el caso de que uno de los discos falle. El inconveniente de
esta opción es el precio, que hace que sólo se use en servidores profesionales de alto rendimiento.
RAID por Software:
Estos ya no son transparente
transparentes para el sistema operativo, pues es él quien tiene que hacer
todo el trabajo de mantener las copias de los datos, distribuirlos entre todos los discos, etc, lo que,
obviamente, consume recursos del sistema como memoria y, sobre todo, CPU. Además, es
necesario que sea soportado por el sistema operativo. Hoy en día, el RAID por software está
implementado en sistemas operativos profesionales, como Linux, o Windows 2000 o XP. La
ventaja es su precio, pues no hacen falta controladoras especificas ni nad
nadaa similar; tan sólo dos o
más discos duros conectados al ordenador.
[ 3]
Funcionamiento de un RAID 5
5:
Un RAID 5 usa división de datos a nivel de bloques distribuyendo la información de paridad
entre todos los discos miembros del conjunto.
Cada vez que un bloque de datos se escribe en un RAID 5, se genera un bloque de paridad
dentro de la misma división (stripe).
Un bloque se compone a menudo de muchos sectores consecutivos de disco.
6
Una serie de bloques (un bloque de cada uno de los discos del conjunto) recibe el nombre
colectivo de división (stripe). Si otro bloque, o alguna porción de un bloque, es escrita en esa
misma división,
isión, el bloque de paridad (o una parte del mismo) es recalculada y vuelta a escribir.
El disco utilizado por el bloque de paridad está escalonado de una división a lla siguiente,
de ahí el término “bloques de paridad distribuidos”
distribuidos”.
Las escrituras en un RAID 5 son costosas en términos de operaciones de disco y tráfico
entre los discos y la controladora.
Los bloques de paridad no se leen en las operaciones de lectura de datos, ya que esto sería
una sobrecarga innecesaria y disminuiría el rendimiento. Sin eembargo,
mbargo, los bloques de paridad se
leen cuando la lectura de un sector de datos provoca un error de CRC.. En este caso, el sector en la
misma posición
osición relativa dentro de cada uno de los bloques de datos restantes en la división y
dentro del bloque de paridad en la división se utilizan para reconstruir el sector erróneo. El error
CRC se oculta así al resto del sistema. De la misma forma, si falla un disco del conjunto, los bloques
de paridad de los restantes discos son combinados matemáticamente con los bloques de datos de
los restantes discos para reconstruir los datos del disco que ha fallado.
Lo anterior se denomina a veces Modo Interno de Recup
Recuperación
eración de Datos (Interim Data
Recovery Mode). El sistema sabe que un disco ha fallado, pero sólo con el fin de que el sistema
operativo pueda notificar al administrador qu
que una unidad
nidad necesita ser reemplazada, las
l
aplicaciones en ejecución siguen funcionando ajenas al fallo. Las lecturas y escrituras continúan
normalmente en el conjunto de discos, aunque con alguna degradación de rendimiento.
[ 1]
7
CONFIGURACION
ASPECTOS TECNICOS.
La configuración que se ejemplificará a continuación se realizo bajo las siguientes
condiciones:
RAID 5
Sistema Operativo
Distribución
Disco Duro 1
Disco Duro 2
Disco Duro 3
Procesador
Memoria
Linux
OpenSuse
37 Gb
37 Gb
74 Gb
Pentium 4 de 3.0 Ghz
2 Gb de RAM
PASOS PARA CONFIGURAR RAID 5:
1. Presionamos Alt+F2,, con ello se nos abrirá una ventana en la cual escribimos yast para
poder ejecutar el centro de administración de OpenSuse en donde podremos configurar el
sistema de discos RAID 5.
8
2. Se nos mostrará el centro de control YaST2 de OpenSuse en la cual debemos dirigirnos a la
parte de System dentro de las categorías de configuraciones, luego debemos seleccionar
la opción de Partitioner,, la cual nos brinda la funcionalid
funcionalidad
ad de administrar las particiones
dentro del sistema de discos.
3. Se nos presentará una pequeña advertencia en la que se nos indica que para usar esta
aplicación debemos tener conocimientos básicos en cuanto a particionamiento de discos
se refiere, para continuar con el programa de particionamiento debemos accionar el
botón YES.
9
4. Se inicia el particionador en modo experto en donde see nos muestran todas las unidades
de disco disponibles, para este ejemplo, se cuentan con 3 discos físicos conectados a la
computadora, 2 discos de 37 Gb y 1 de 74 Gb
Gb, para realizar el RAID nivel 5 se necesitan
mínimo
nimo 3 discos duros, por lo que se utiliz
utilizaran los 2 discos de 37 Gb y en el disco de 74 Gb
se creara una partición de 37 Gb, esto debido a que todos los discos deben de tener el
mismo tamaño en un sistema de RAID 55.
5. Debemos seleccionar el botón create para proceder con la creación de la partición de 37
Gb en el disco de 74 Gb
Gb, al seleccionar create se nos pedirá mediante una ventana que
seleccionemos la unidad a particionar, en este caso como se había mencionado se utilizara
el disco de 74.5 Gb, tal y como se muestra en la siguiente image
imagen.
Debemos de darnos cuenta que el Device asociado a ese disco es sda,, el tener presente
este dato es de vital importancia para los pasos posteriores.
10
6. Luego se nos presentará una ventana en la cual debemos seleccionar la unidad sda que
corresponde all disco de 74 Gb. Le damos clic en ok para aceptar la selección.
7. Luego se nos presentará la siguiente ventana en donde ssee nos solicita el tipo de partición
que deseamos aplicar, seleccionamos una partición primaria y le damos clic en ok.
11
8. Luego se nos mostrará una ventana donde podemos configurar todas las opciones
o
para la
nueva partición que realizaremos sobre el disco de 74 Gb, en donde crearemos una
partición de 37 Gb como ya se ha mencionado anteriormente
anteriormente.
•
Como la partición es para un disco RAID, seleccionamos el radio buttom Do not
format y seleccionamos del list
listbox la opción 0xFD LINUX RAID.
•
Luego podemos establecer el tamaño de la partición de dos formas distintas:
inicio
io y el final de los cilindros en los campos de texto
t
1) Especificando el inic
correspondientes.
2) Ingresar el tamaño de la partición bajo el siguiente formato tamaño + GB y
esto se debe establecer en donde se especifica el tamaño final de los
cilindros, esta opción fue la utilizada.
12
9. Luego se nos presentará nuevamente la ventana del particionador en modo experto en
donde podemos visualizar que se actualizó el listado de las particiones, además
observamos que ya fue creada la partición con el tamaño especificado.
13
10. Ahora procedemos a crear la partición RAID sobr
sobree el otro disco, el cual posee un tamaño
de 37 Gb, aplicamos el mismo procedimiento, ahora seleccionamos el device asociado al
siguiente disco sdb y damos clic en ok para aceptar la selección.
11. Luego se nos presentará la siguiente ventana en donde se nos solicita el tipo de partición
14
12. Ahora se nos presenta la ventana en la cual podemos escoger las distintas opc
opciones para la
partición, tal y como se realizo anteriormente, se eligen las diferentes opciones, ahora
con la limitante de establecer todo el tamaño del disco como el tamaño de la partición.
13. Ahora podemos visualizar como se ha actualizado nuevament
nuevamente el listado de las
particiones, con la nueva partición RAID lista
15
14. Ahora procedemos a crear la partición RAID sobre el ultimo disco, el cual posee un tamaño
de 37 Gb, aplicamos el mismo procedimiento, ahora seleccionamos el device asociado al
siguiente disco sdc y damos clic en ok para aceptar la selección.
15. Luego se nos presentará la siguiente ventana en donde se nos solicita el tipo de partición
16
16. Ahora nuevamente se nos presentará la ventana en la cual podemos escoger las distintas
opciones para la partición, tal y como se realizo anteriormente, se eligen las diferentes
opciones, ahora nuevamente con la limitante de establecer todo el tamaño del disco como
el tamaño de la partición.
17. Luego que se crearon todas las particiones y le damos aplicar, se nos preguntara si
estamos seguros de realizar dichos cambios, y se nos mostrara el listado con los cambios
que afectaran al sistema de discos
discos, como es lo que deseamos realizar
ealizar hacemos clic en
Apply,, tal y como se observa en la siguiente imagen.
17
18. Luego ya podremos ver que se han creado todas las particiones de tipo RAID con tamaño
de 37 GB de manera correcta
19. Ahora debemos crear el RAID de nivel 5, para esto debemos seleccionar el botón RAID lo
cual mostrará un asistente para la configuración de RAID.
18
20. Tal y como mencionamos anteriormente, se nos mostrara el asistente de creación del nivel
del RAID, acá debemos seleccionar el nivel que deseamos aplicar, para este caso como se
ha mencionado es el nivel 55,, por lo que debemos seleccionar el radiobuttom RAID 5
(Redundant Striping),, luego le damos clic next para continuar con el asistente.
21. Luego se nos muestra una ventana en donde se nos detallan todas las particiones que
pueden ser utilizadas
izadas para formar el RAID; para hacer que alguna de estas particiones
pertenezcan al nivel de RAID especificado debemos seleccionarla y darle en el botón ADD
debido a que es un RAID nivel 55,, este requiere como mínimo de 3 particiones de tipo RAID.
19
22. Luego cuando
uando se agregan las particiones al nivel de RAID especificado el sistema de
archivos lo agrega como un md seguido de un número que específica el número
mero de la
unidad, para este caso es 0 ((md0), luego se nos muestra el listado de las particiones
agregadas al nivel del RAID 55.
23. Luego el asistente nos preguntará bajo que sistema de archivos se desea formatear el
RAID 5, cual será el tamaño del bloque
bloque, que algoritmo de paridad utilizará y cual
cu es el
punto de montaje,, para configurar estos aspectos realizamos las siguiente acciones.
A) Seleccionamos el radiobutton Format, y se selecciona del combo box el sistema de
archivos bajo el cual se desea formatear el sistema RAID, para este caso se
selecciona Ext3.
B) Seleccionamos el tamaño del bloque del combo box, para este caso se dejo un
tamaño de bloque de 256 KB.
C) Seleccionamos el algoritmo de paridad a utilizar, este algoritmo solo es valido para
un sistema de RAID 5, para este ccaso se escogió el algoritmo simétrico
trico por la
izquierda.
20
D) Se selecciona el pun
punto de montaje, (ver recomendaciones
es al final del documento ),
el punto de montaje que se desea utilizar debe estar desmontado y no debe estar
en uso. Para este caso seleccionamos el /home del combo box.
E) Clic finish
A
B
C
D
24) Luego podemos observar que se creo el nuevo sistema RAID especificando el punto de
montaje en donde podemos observar que aparece con un asterisco (*) el cual indica que
estos
stos cambios no son han sido aplicados, sino que se encuentran de manera temporal.
temporal
21
1) Luego se nos mostrará la siguiente pantalla en donde se nos pedirá la confirmación para
aplicar los cambios que anteriormente hemos configurado, aplicamos dichos cambios
haciendo clic en Apply.
22
2) Luego se nos mostrará una pantalla en la cual se nos indicará el avance en la aplicación de
los cambios.
3) Luego podemos ver que los cambios han sido aplicados y se ha creado el nuevo sistema
RAID 5 y el (*) que aparecía anteriormente ahora ya no aparece
aparece.
23
4) Para comprobar
probar que efectivamente se creo el sistema RAID 5 de manera correcta,
correcta
podemos hacerlo ejecutando el siguiente comando:
df -m
5) Para comprobar el estado del RAID 5, y verificar que se encuentra en funcionamiento
podemos ejecutar el siguiente comando
Cat /proc/mdstat
La salida de este comando muestra el nombre de la unidad md0 si la partición esta activa
active y el nombre de las 3 unidades que esta utilizando sdc1[3], sdb1[1], sda3[0]; si luego
de este listado aparece una letra [F] indica que el sistema esta malo.
6) Y con ello se da por finalizada la configuración e implementación de un nivel de RAID 5.
24
CONCLUSIONES
En base a lo anteriormente expuesto se concluye lo siguiente:
•
Que los sistemas RAID, fueron definidos por primera vez en el año 1987 por un grupo de
informáticos de la universidad de California, Berkeley, en donde se estudio la posibilidad
de usar dos o mas discos que funcionarán como un único dispositivo para el sistema.
•
Que un Nivel 5 de RAID implementa la división de datos a nivel de bloques, distribuyendo
la información de paridad entre todos los miembros del conjunto de discos.
•
Que para que pueda ser implementado un nivel 5 de RAID es requerimiento tener como
mínimo 3 discos duros y que teóricamente no tiene un valor máximo.
•
Que se ha expuesto la configuración de manera exitosa de un sistema de RAID nivel 5, bajo
un sistema operativo OpenSuse – Linux,, con la característica especial de que todo el
proceso se ha documentado para que pueda ser una herramienta valiosa para la
implementación
ntación de este sistema de discos.
25
TUTORIAL DESARROLLADO POR
Carlos Enrique Rodas Gálvez
2002-12383
Álvaro Daniel Castillo Carrera
2003-12531
Miguel Enrique Guerra Connor
2002-17739
Vinicio Rodolfo Miranda Orozco 2002-12355
BIBLIOGRAFIA
La sección conceptual de este documento fue investigada bajo las siguientes fuentes
bibliográficas.
Motor de Búsqueda:
www.google.com.gt
Sitios Virtuales Consultados:
[1]
http://es.wikipedia.org/wiki/RAID
[2]
http://www.mastermagazine.info/termino/6464.php
[3]
http://www.agalisa.es/article64.html
www.agalisa.es/article64.html
26
RECOMENDACIONES
En base a la experiencia que se deriva del equipo de implementación se plantean unas
recomendaciones básicas que deben ser tomadas en cuenta para tener una óptima configuración
e implementación de un nivel 5 de RAID.
1) Iniciar una sesión gráfica con el usuario root, no debe ser solamente una sesión de
consola, dado que al establecer los puntos de montaje establecidos en el inciso D del
numeral (23) puede que se tengan problemas al definir dicho punto de montaje.
dee preferencia hacer que
2) Tal y como lo muestra la definición del RAID nivel 5, se debe d
cada partición tipo RAID que se crea con el particionador en modo experto sea un disco
diferente para cada partición.
tegridad de los datos
3) Como una tarea administrativa se debe vverificar constantemente la integridad
en el RAID nivel 5.
4) Tener conocimientos básicos con herramientas para manejar particiones dee discos, para
no cometer errores
es que puedan ser incorregibles o irreversibles.
27

RAID 5

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