Seminario Antonio Concas, 8-11-2012

Soluzioni di Storage

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martedì 13 novembre 12


AGENDA• HDD e SSD• Fa;ori che influenzano le performance• Protezione dei daB• Accessibilità dei daB• Filesystem Paralleli• Lo storage del CRS4



Dopo la CPU e la scheda madre il componente più criBco di un computer è il disco rigido



L'hard disk è stato inventato nel 1956 da IBM. Il primo prototipo era costituito da 50 dischi del diametro di 24 pollici (circa 60 cm) e poteva immagazzinare circa 5 megabyte di dati. Era grande quanto un frigorifero, con un peso di oltre una tonnellata. La denominazione originaria era fixed disk (disco fisso).cit Wikipedia


http://it.wikipedia.org/wiki/1956

http://it.wikipedia.org/wiki/1956

http://it.wikipedia.org/wiki/IBM

http://it.wikipedia.org/wiki/IBM

http://it.wikipedia.org/wiki/Pollice_(unit%25C3%25A0_di_misura)

http://it.wikipedia.org/wiki/Pollice_(unit%25C3%25A0_di_misura)

http://it.wikipedia.org/wiki/Megabyte

http://it.wikipedia.org/wiki/Megabyte


• Il form factor:– Dischi da 5,25” (obsoleB)– Dischi da 3,5” fino a 4 TB– Dischi da 2,5” fino a 2 TB– Dischi da 1,8” fino a 320 GB



• Cosa abbiamo oggi a disposizione:

– Tecnologia Parallel ATA• Conne;ori a 40 pin lunghi max 45 cm• Data transfer rate fino a 133 MB/sec• Fino a 7200 RPM

– Tecnologia Serial ATA• Conne;ori a 7 pin lunghi max 1metro• Dara transfer rate fino a 6 Gbit/sec • Fino a 7200 RPM




– Tecnologia SCSI (Small Computer System Interface)• Possibilità di collegare fino 16 disposiBvi in un singolo canale• Data transfer rate fino a 5120 Mbit/sec (640 MB/sec)• Fino a 15000 RPM

– Tecnologia SAS (Serial A;ached SCSI)• Data transfer rate fino a 6 Gbit/sec• Fino a 15000 RPM




– Tecnologia Fibre Channel• Data transfer rate fino a 800 MB/sec full duplex• Alta affidabilità (UBlizzaB in ambienB HPC)• Fino a 15000 RPM

– Tecnologia SSD (Solid State)• Data transfer rate fino a 20 volte superiore alla tecnologia SATA• Dischi obmizzaB per la le;ura/scri;ura



• Fa;ori che influenzano le performance

– Access Time: tempo che intercorre da quando il dato viene richiesto a quando il dato viene trasferito.• Seek Bme• RotaBonal latency




– Seek Time: Nei dischi rotanB, misura li tempo necessario alla tesBna per posizionarsi nella traccia del disco in cui il dato deve essere le;o o scri;o. Velocizzare il tempo di seek spesso richiede un maggiore dispendio di energia e provoca anche del rumore, ecco perché spesso i dischi meno rumorosi sono anche quelli meno performanB




– RotaBonal latency (o semplicemente latenza):

Corrisponde al tempo necessario per posizionare il se;ore di disco richiesto immeditamente so;o la tesBna di le;ura. Que tempo è fortemente dipendente dal la velocità di rotazione del disco.In alcuni casi bisogna considerare anche i tempi di spin-‐up



• Fa;ori che influenzano le performance– Anche se a qualche volta vi fanno arrabbiare… non urlate mai contro gli Hard Disk perché creereste problemi di latenza




– Frammentazione del filesystem– Calore– Vibrazioni– Interleaving



• Protezione dei DATI RAID 0 (striping) • Incremento delle prestazioni• Nessuna ridondanza

RAID 1 (Mirroring)• Il dato viene copiato su entrambi i dischi• Le prestazioni dipendono dal

più lento dei due dischi



• Protezione dei DATI RAID 10 ( mirroring -‐striping) • Combina i vantaggi ( e gl i svantaggi ) delle due Bpologie di RAID, 0 e 1 garantendo un buon livello di sicurezza e adeguate prestazioni in le;ura e scri;ura



• Protezione dei DATI RAID 5:

• Il RAID 5 uBlizza la tecnica dello striping e per la sicurezza uBlizza la tecnica del controllo di parità.

• Realizzabile a parBre da 3 Hdd• I daB e la loro parità vengono distribuiB su tub gli Hdd• La ro;ura di un disco non genera perdità di daB, ma si ha un degrado delle prestazioni

• Operazioni di le;ura abbastanza veloci, possibili rallentamenB nelle operzioni di scri;ura a causa del calcolo dei daB di parità



• Protezione dei DATI RAID 6:

• Il RAID 6 uBlizza la tecnica dello striping e per la sicurezza uBlizza la tecnica del controllo di parità con doppio calcolo e scri;ura della parità stessa.

• Realizzabile a parBre da 4 Hdd• I daB vengono distribuiB su tub gli Hdd• La parità viene riportata due volte su dischi diversi• La ro;ura di due dischi non genera perdita di daB, ma si ha un degrado delle prestazioni

• Operazioni di le;ura abbastanza veloci, possibili rallentamenB nelle operazioni di scri;ura a causa del calcolo dei daB di parità



• Accessibilità dei daB– NAS (Networkork A;ached Storage)

• Termine uBlizzato per descrivere un sistema di storage completo, fruibile a;raverso una LAN

• Composto solitamente da un controller collegato ad un pool di dischi, in grado di esportare i daB a;raverso i protocolli più comuni (NIS, CIFS, HTTP etc)

• Filesystem di dimensioni limitate e comunque non superiori ai 100 TeraByte.



• Accessibilità dei daB– SAN (Storage Area Network)

• Termine uBlizzato per indicare una rete ad Alte Prestazioni alla quale sono collegaB differenB Bpi di memorie di massa (Storage), disponibili e fruibili da ogni punto della rete stessa.

• Connessioni FC e/o iB• Filesystem di dimensioni superiori al PetaByte



• Accessibilità dei daBNAS vs SAN

Ogni client connesso alla LAN può uBlizzare protocolli NFS, CIFS , h;p etc per conne;ersi alla NAS e condividere i file

Solo server dotaB di connessioni ISCSI o Fibre Channel posso conne;ersi alla SAN

Un Nas idenBfica i daB tramite il nome file, ed è in grado di assegnare permessi di le;ura/scri;ura, data di crezione etc

Una SAN indirizza i daB solo a;raverso il numero di blocco disco in cui esso è contenuto

Il filesystem viene controllato ed esportato a;raverso un controller NAS

Il filesystem viene controllato ed esportato solo a;raverso server dedicaB

Il backup e gli snapshot vengono eseguiB sui file con un notevole risparmio di tempo e spazio disco

Il backup e gli snapshot vengono eseguiB sui blocchi, vengono copiaB anche i blocchi vuoB



• Filesystem Paralleli

– ParBcolare Bpo di filesystem distribuito che distribuisce i file a;raverso una serie di server, e fa in modo che gli stessi daB possano venire acceduB in maniera concorrente da più applicazioni o da più processi senza calo di prestazioni.



• Filesystem Paralleli

– Perché dotarsi di Filesystem Paralleli?• Tempi di elaborazione drasBcamente ridob• Accesso concorrente in le;ura e scri;ura ai file• Scalabilità del filesystem senza messa in off-‐line• Possibilità di creare filesystem di enormi dimensioni (decine di Petabyte) con un unico mountpoint

– Esempo di Filesystem Paralleli: • LUSTRE• GPFS



• Pro :– Licenziato so;o GNU GPL– Aumento delle dimensioni del filesystem senza tempi di fermo

– La velocità di accesso ai daB aumenta al crescere del numero degli OSS

– Possibilità di “spli;are” i file lungo tub i dischi



• Contro:– Oracle non esegue più la manutenzione e lo sviluppo del filesystem– Per poter montare un filesystem lustre occorre uBlizzare una

parBcolare versione di kernel modificato dagli sviluppatori di lustre– Il mal funzionamento di uno qualsiasi dei client che eseguono il

montaggio del filesystem, può degradare le prestazioni dell’intero filesystem.

– Il catalogo MDT non può essere replicato a caldo



• Cosa succede se:– Si rompe un OST:

• Tub i daB contenuB in quell’ OST non sono più diponibili, LUSTRE conBnua comunque a funzionare

– Si rompe l’MDT:• Tub i daB del filesystem diventano inacessibili e probabilmente persi per sempre

– Si rompe l’MGT:• Il filesystem lustre diventa inaccessibile, ma non c’è perdita di daB



• Il Quorum– Viene definito come il numero minimo di nodi, uBli al corre;o funzionamento di GPFS

– Se il numero di nodi raggiungibili è inferiore al quorum, il filesystem non è più accessibile. I nodi riavviano il GPFS.

quorum = 50% + 1(del numero di nodi nel cluster)



• Pro:– Archite;ura basata su dischi condivisi che perme;e di raggiungere un elevata scalabilità

– I file vengono “spalmaB” su tub i dischi generando un elevato throughput

– In caso di aggiunta di nuovo storage il carico può essere ribilanciato automaBcamente

– Possono essere creaB più Metadata Catalog– Non è necessario uBlizzare kernel modificaB



• Contro:– Qualsiasi Host che monta il filesystem GPFS può eseguire comandi in grado di degradare il filesystem

– Licenziato a pagamento– Il ribilanciamento dei daB degrada fortemente le prestazioni del filesystem

– Il numero degli host che possono montare il filesystem deve essere deciso in fase di creazione del filesystem e non può essere modificato



• L’ulBma acquisizione:– 3 Armadi rack composB da 2 Controller SFA 10K e 600 dischi sata da 3TB per un totale di 5,4 PB RAW

– 12 Server con connessioni IB e 10 GbE (4 per ogni Armadio)– 1 Storage IBM Storwize V7000 con 24 dischi SAS da 600 GB 10000 RPM

– 2 Server con connessioni 10 GBE collegaB allo Storwize



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