TEMA C14.-SISTEMAS DE ALTA DISPONIBILIDAD. CONCEPTOS GENERALES. ARQUITECTURAS. SISTEMAS TOLERANTES A FALLOS.

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1 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 1 de 43 TEMA C14.-SISTEMAS DE ALTA DISPONIBILIDAD. CONCEPTOS GENERALES. ARQUITECTURAS. SISTEMAS TOLERANTES A FALLOS. INDICE 1.- INTRODUCCIÓN 2.- CONCEPTO DE ALTA DISPONIBILIDAD ALTA DISPONIBILIDAD Y REDUNDANCIAS Los componentes de un sistema de alta disponibilidad Tecnologías de clustering, alta disponibilidad y fiabilidad Sistemas de alta disponibilidad y sistemas tolerantes a fallos 3.- SISTEMAS DE ALTA DISPONIBILIDAD Resumen Introducción Sistemas de alta disponibilidad Arquitectura tecnológica para los sistemas de alta disponibilidad Referencias bibliográficas. 4.- ALTA DISPONIBILIDAD EN LINUX Introducción SPOF (Single Point Of Failure ó punto simple de fallo) 4.3.-Servicio de datos 4.3.-Dinámica HA Entorno HA para Linux Soluciones HA para Linux Copyleft 5.- FIABILIDAD EN SISTEMAS INFORMÁTICOS Introducción Elementos Software Estrategias de recuperación Heartbeat Manejo de los datos Almacenamiento compartido Sistemas de ficheros Soluciones integradas Otros 6.- MEDIOS DE ALMACENAMIENTO ESTABLE Índice Introducción DRBD Discos RAID Enhanced Network Block Device 7.- SISTEMAS DE FICHEROS Índice Sistemas de Ficheros con Registros Reiser File System Sistemas de Ficheros Compartidos Global File System Intermezzo

2 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 2 de SISTEMAS DE ALTA DISPONIBILIDAD BAJO LINUX Por qué Alta Disponibilidad? Qué es Alta Disponibilidad? Ejemplos de implementación de Alta Disponibilidad Como funciona ésto Cómo hablan los clusters? Preparando los nodos del cluster Instalando heartbeat Configurando el cluster Respecto a la integridad de los datos Y sobre clusters activo/activo Recursos Formulario de "talkback" para este artículo 9.- POWERGATE: UN SISTEMA DE SEGURIDAD, ALTA DISPONIBILIDAD Y GESTIÓN DE ANCHO DE BANDA BASADO EN GNU/LINUX Qué es PowerGate? Funcionalidades de PowerGate Ventajas de GNU/Linux 10.- CONCLUSIONES

3 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 3 de INTRODUCCIÓN Actualmente, la Información es uno de los ejes principales de cualquier compañía. Los clientes desean tener acceso a la información en todo tiempo y en todo lugar, lo cual requiere, por parte de la compañía, la disposición de sistemas que garanticen el acceso a los datos. Por tanto la Información pasa a ser un activo crítico para el negocio de las empresas. De acuerdo con IBM, el 80% de las paradas no planificadas es causado por fallos en las aplicaciones o errores de operador. Puede deberse simplemente a un registro bloqueado, una lista de librerías incorrecta, cambios en programas precipitados o a una distracción en el usuario final. Cuando los problemas ocurren, la organización o empresa puede perder tiempo, beneficios, clientes y estropear su reputación. Y en entornos Universitarios, la disponibilidad es una cuestión de primer orden. Por ello, es necesario disponer de Sistemas de Alta Disponibilidad. La alerta ante cualquier problema en las aplicaciones, mejora la calidad del servicio. Para ello, es necesario disponer de herramientas para diagnosticar, depurar y solventar problemas, evitando caídas de las aplicaciones y asegurando que los errores del software nunca afecten a las operaciones de negocio. 2.- CONCEPTO DE ALTA DISPONIBILIDAD. Las soluciones de continuidad de negocio abordan el problema desde tres focos: Disponibilidad del servidor: Configuración de sistemas en alta disponibilidad con redundancia de servicios y servidores en entornos como Solaris, Microsoft, Unix, Linux... Disponibilidad de datos: Sistemas de almacenamiento de alto rendimiento, completa integración con todo tipo de servidores, elevadísima fiabilidad y fácil administración. Disponibilidad del servicio: Sistemas de balanceo de carga de servidores y monitorización de servicios basado en soluciones hardware que garantizan el acceso al servicio haciendo uso de recursos del centro de datos local y recursos de centros de datos distribuidos geográficamente. Las soluciones de almacenamiento deben proporcionar protección de los datos almacenados, acceso continuo a los datos y procedimientos para corregir problemas con el menor impacto en el servicio. La disponibilidad del almacenamiento va mucho más allá de la disponibilidad del sistema al que están conectados los discos, debiendo disponer de soluciones a problemas tales como: - Corrupción de datos debida a mal funcionamiento de aplicaciones. - Corrupción de datos debida a accesos simultáneos al mismo fichero desde diferentes sistemas operativos. - Corrupción de datos debido a actualizaciones de software fallidas. - Archivos críticos borrados accidentalmente o incorrectamente modificados. - Desastres naturales o provocados por el hombre ALTA DISPONIBILIDAD Y REDUNDANCIAS. Redundancia en enlaces: Es casi indispensable para trabajar, el disponer de un acceso ininterrumpido a Internet. Consultar precios y tramitar pedidos a los proveedores, ofrecer servicios a nuestros usuarios, comunicarnos con otras delegaciones, Universidades, organizaciones... Son actividades que se realizan cada vez más a través de Internet. El problema se plantea si en algún momento falla nuestro acceso a Internet, por ello se recomienda, en función de las necesidades de las organizaciones, plantear un diseño multiacceso que garantice la conexión con Internet las 24 horas del día.

4 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 4 de 43 Redundancia en equipos de acceso: Otro problema que se puede plantear en las organizaciones y empresas es el no poder acceder a Internet, pero no por un problema de enlace, sino por la caída en el equipo de acceso, de ahí la importancia de que exista redundancia en los equipos de acceso, como routers. Redundancia en sistemas de seguridad y elementos críticos: Es importante que la empresa conozca la importancia que existe en la redundancia en los sistemas de seguridad. Hoy en día, las organizaciones tienden a controlar todo el tráfico que circula por su red, tanto el de entrada como el de salida, mediante firewalls. Dado que el firewall es el primer mecanismo de defensa que la empresa dispone, contra ataques maliciosos, intrusiones..., éste se convierte en un punto crítico al que se le debe prestar una gran atención. En caso de fallo o interrupción del servicio por actualizaciones o mantenimientos, no es posible el acceso a Internet. Por ello, y dada la importancia de las comunicaciones a través de Internet, es indispensable la redundancia en los sistemas de seguridad de la red, para que si un equipo falla el otro asuma el control. Content Delivery Network : El servicio proxy-caché, permite a los usuarios configurar sus navegadores de tal forma que cada vez que realizan una petición a una dirección Web, ésta se dirige al servidor proxy-caché en lugar de ir al documento original. El servidor caché se encarga de proporcionarle la página pedida obteniéndola de su propia caché o bien, accediendo al documento original. Su objetivo es almacenar de forma local las páginas más consultadas por los usuarios, evitando así una conexión directa al servidor remoto para volver a dirigirse al documento del cual proviene, cuando se realiza otra petición a la misma dirección Web. Con esto se consigue un incremento notable en la velocidad de transmisión de información. El servidor caché, utiliza un sofisticado mecanismo de refresco de los documentos. Cuando un usuario realiza una petición, antes de servirle el documento, la caché se encarga de comprobar si el documento original se ha modificado, si no se ha modificado, sirve el documento almacenado, pero si por el contrario, existe alguna modificación accede directamente al documento original. Al dirigirse todos los accesos a Internet por el proxy-caché, si en cualquier momento esta máquina falla, fallarían todas las peticiones de acceso. Esto es fácilmente subsanable incorporando cachés alternativas de respaldo en caso de fallo de la principal, o incluso, que empiecen a realizar accesos directos automáticamente cuando falle la caché Los componentes de un sistema de alta disponibilidad En los medios de comunicación se puede encontrar abundante información sobre las tecnologías de hardware y software que permiten obtener el máximo rendimiento de los servidores, lo que los estadounidenses denominan «los cinco nueves del tiempo de funcionamiento del servidor». Pero conseguir que tanto el hardware como las aplicaciones estén disponibles el 99,999 por ciento del tiempo no es nada fácil. En efecto, si el simple paso del 98 al 99 por ciento supone ya un importante aumento de los costes derivados del hardware y del software, el paso del 99 al 99,999 por ciento se traduce en un aumento exponencial de los mismos. Pero como, afortunadamente, son pocas las aplicaciones que tienen que estar disponibles el 99,999 por ciento del tiempo, la mayoría de los administradores de red se contentan con alcanzar los dos nueves (es decir, con que el servidor esté en funcionamiento el 99 por ciento del tiempo), lo que resulta mucho más fácil de conseguir. Independientemente de que sea Windows 2000 (W2000) o Windows NT 4.0 (NT 4.0) la plataforma de servidor que se utilice, pueden tomarse algunas decisiones en lo referente a la adquisición y despliegue tanto de software como de hardware para establecer la base sólida que precisan los servidores fiables. - Diseño básico del sistema: Antes de que nadie se asuste, queremos dejar bien claro que el hardware básico que incluyen los servidores de las principales marcas es bastante fiable. Dicho esto, pensamos que,

5 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 5 de 43 antes de adquirir ningún producto, no es mala idea echar un vistazo a la lista HCL (Hardware Compatibility List o Lista de compatibilidad de hardware) de Microsoft, algo que resulta imprescindible si lo que se desea es adquirir hardware para Windows 2000 Server (W2000 Server). Y qué es lo primero que se debe buscar en un servidor fiable? Aun a riesgo de parecer osados, nos atrevemos a decir que lo primero que necesita un servidor fiable es un buen software de administración de sistemas (además de una correcta configuración), algo que incluyen los servidores de primer nivel de todas las marcas por norma. Este primer nivel de software incluye, normalmente, servicios básicos de administración de sistemas y funciones de administración y generación de informes sobre el estado de los sistemas. Por regla general, los sistemas son totalmente compatibles con estándares de administración de sistemas, como DMI (Desktop Management Interface o Interfaz de administración de equipos de sobremesa) y CIM (Common Information Model o Modelo común de información), que les permiten suministrar datos a herramientas de administración de sistemas (por ejemplo, OpenView, de Hewlett-Packard; Unicenter, de Computer Associates; o Tivoli) ubicadas en el servidor principal, y que se utilizan con mucha frecuencia en entornos empresariales. Al mismo tiempo, la compatibilidad de los sistemas con estos estándares permite acceder a abundante información de cada uno de los sistemas, sin necesidad de invertir fuertes sumas en herramientas de administración de sistemas a gran escala. Las herramientas de administración de sistemas de primer nivel ofrecen la información estrictamente necesaria para conocer en todo momento el «estado de salud» y, de paso, el rendimiento de los servidores. Estas herramientas básicas permiten monitorizar el voltaje del sistema, la velocidad de los ventiladores y la temperatura, así como detectar determinados tipos de fallos de hardware. Cuando el firmware o el software de administración de sistemas detecta tales fallos, puede actuar de dos formas distintas: en unos casos, por ejemplo, cuando detecta caídas o subidas transitorias de tensión, el software se limita a mostrar mensajes de alarma; en otros casos, como cuando detecta el funcionamiento defectuoso de un ventilador, el software no sólo advierte al administrador de la red del peligro existente mediante un mensaje de alarma, sino que también transfiere la tarea de la ventilación a otros ventiladores del equipo. Muchos sistemas de gama alta también pueden analizar la información del sistema y advertir a los administradores de la posibilidad de que se produzca algún fallo. A esta facultad se la denomina, normalmente, «garantía prefallo» (prefail warranty) o «análisis para la predicción de fallos». Junto a las garantías y a los contratos de asistencia técnica que prevén la sustitución de piezas antes de que lleguen a fallar, los análisis para la predicción de fallos permiten a los administradores de sistemas reemplazar los componentes clave (discos duros, memoria o CPU) que hayan dado muestras de estar a punto de fallar. El siguiente paso en el camino que conduce a la fiabilidad es la tarjeta opcional de administración de sistemas basada en hardware. IBM ha incorporado su tarjeta Advanced System Management Processor en sus servidores de gama alta; Compaq comercializa un par de versiones de su tarjeta Remote Insight Board, y Dell ha desarrollado su tarjeta Remote Assistant Card. Todos los fabricantes de hardware para servidores empresariales comercializan, de hecho, productos muy similares. Estas tarjetas y procesadores opcionales complementan las prestaciones básicas que ofrecen las herramientas estándar de administración de sistemas. Le recomendamos que el producto que elija incluya características como la administración dentro y fuera de banda, y módems capaces de efectuar llamadas directas a buscapersonas alfanuméricos o, incluso, al fabricante. IBM, por ejemplo, ha anunciado a bombo y platillo la facultad de sus servidores Netfinity de gama alta para llamar automáticamente al servicio de soporte técnico sin necesidad de intervención humana... ACERCA DEL AUTOR David Chernicoff es redactor técnico y director de la sección «Laboratorio» Windows 2000 Magazine. Lleva quince años escribiendo artículos y reseñas de productos informáticos. Desde 1992, ha centrado su interés en Windows NT Traducido por Francisco de Paula Martín Rodríguez.

6 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 6 de Tecnologías de clustering, alta disponibilidad y fiabilidad Los sistemas operativos Microsoft Windows 2000 Advanced Server y Datacenter Server permiten a las organizaciones implantar aplicaciones de comercio electrónico, servidores de archivos, sistemas de mensajería o aplicaciones de negocio críticas sobre hardware convencional de PC. Las tecnologías de clustering son herramientas indispensables para hacer que esto sea posible. Clustering hace referencia al enlace de servidores individuales física y programáticamente y a la coordinación de la comunicación entre ellos, de modo que puedan realizar tareas comunes. Cualquiera de los servidores puede dejar de funcionar, y un proceso denominado de failover automáticamente conmuta la carga de trabajo a otro servidor para proporcionar un servicio continuo. Además del failover, algunas formas de clustering también emplean balance de carga, que permite la distribución de la carga de trabajo entre una red de ordenadores enlazados. Este Balance de Carga de Red (Network Load Balancing) mejora la escalabilidad y disponibilidad de servicios basados en TCP/IP, de misión crítica, como servidores Web, Servicios de Terminal, redes privadas virtuales o servidores multimedia. Este componente se ejecuta dentro de los hosts en cluster como parte del sistema operativo Windows 2000 y no requiere soporte de hardware dedicado. Para incrementar el rendimiento, el Balance de Carga de Red distribuye el tráfico IP entre múltiples hosts en el cluster. Además garantiza una alta disponibilidad detectando fallos de Host y redistribuyendo automáticamente el tráfico a los hosts supervivientes. Además, proporciona capacidad de control remoto y soporta actualizaciones desde Windows NT 4.0. Combinado con el soporte avanzado de sistemas con multiproceso simétrico (SMP) y el soporte de una mayor cantidad de memoria, tanto en los sistemas operativos Windows 2000 Advanced Server y Datacenter Server, las tecnologías de clustering de Windows permiten garantizar la disponibilidad de las aplicaciones críticas a la vez que pueden hacer escalar las aplicaciones para satisfacer a la cada vez más creciente demanda. Microsoft ha mejorado el sistema operativo Windows 2000 incluyendo las opciones de hardware, software y gestión de sistema que afectan a la fiabilidad y disponibilidad. Windows 2000 incrementa la fiabilidad y disponibilidad en tres aspectos diferentes: La estabilidad del sistema operativo ha sido mejorada debido a cambios en la arquitectura, que se focalizan principalmente en la protección del núcleo del sistema operativo y de la memoria compartida. Hay nuevas herramientas disponibles para ayudar a los desarrolladores a crear código más fiable. Windows 2000 incluye nuevas características de administración para mejorar la disponibilidad. Además, el sistema operativo Microsoft Windows 2000 contiene herramientas para monitorizar varias condiciones del sistema operativo y del ordenador en general. Es recomendable observar sus métricas y algunas de las condiciones de monitorización más habituales Sistemas de alta disponibilidad y sistemas tolerantes a fallos En un sistema tolerante a fallos, cuando se produce un fallo hardware, el hardware asociado a este tipo de sistema es capaz de detectar el subsistema que falla y obrar en consecuencia para restablecer el servicio en segundos (o incluso décimas de segundo). El cliente del servicio no notará ningún tiempo de fuera de servicio. En los sistemas de alta disponibilidad existen los tiempos de fuera de servicio; son mínimos pero existen, van desde 1 minuto o menos hasta 5 o 10 minutos, según sea el caso. En teoría esta es la única diferencia entre ambos, pero en los últimos años, se ha ido acercando la idea de alta disponibilidad a la idea de tolerancia a fallos, debido al

7 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 7 de 43 abaratamiento de hardware, y de ciertas tecnologías que han ido surgiendo. Estas tecnologías han evolucionado de tal forma, que han logrando que subsistemas donde había que recurrir a la alta disponibilidad ahora, se puede lograr tolerancia a fallos a bajo precio. De todos modos en un sistema (como veremos en la siguiente sección) hay muchos elementos y subsistemas, y algunos subsistemas tolerantes a fallos siguen siendo demasiados caros. En la mayoría de los análisis, que se hacen de un sistema de servicio, si la aplicación puede estar un mínimo tiempo fuera de servicio, y podemos permitir que el cliente pierda la sesión o la conexión, temporalmente, la alta disponibilidad es una opción muy apropiada. Hay soluciones de alta disponibilidad en las cuales las conexiones se mantienen y las sesiones se recuperan. Gracias al equipo de desarrollo de linux-ha, en especial a Alan Robertson y a Horms quienes han hecho un trabajo excelente y constante en el área de la alta disponibilidad para Linux. El destino de los sistemas de alta disponibilidad persiguen, como ya hemos visto, la operación continua de los sistemas de proceso en los Sistemas de Información. Para que una aplicación esté disponible, todos los componentes involucrados, incluyendo la aplicación, los servidores de bases de datos, los dispositivos de almacenamiento y la red de extremo a extremo, tienen que ofrecer servicio continuo y sin interrupciones. Entre los factores críticos a tener en cuenta en un Sistema de Alta Disponibilidad figuran los que tienen que ver con los tiempos medios de respuesta del sistema entre fallos de cada dispositivo hardware, los requerimientos de revisión de los elementos del sistema a distintos niveles, los índices de tolerancia de temperatura de los sistemas, el funcionamiento correcto de los procesos de control de cambios, los tiempos de retardo en la notificación de fallos, los tiempos transcurridos en la corrección de fallos, tiempos de recuperación de copias de seguridad, tiempo de reinicio de sistemas, la seguridad física de la sala de ordenadores, las políticas de seguridad establecidas y su cumplimiento, la seguridad de las aplicaciones, el impacto que puede tener en el negocio que un sistema esté trabajando por debajo de sus posibilidades, las características de todas las contramedidas que existan para evitar o reducir el impacto de un fallo: Mirroring, Clustering, Redes redundantes, etc, el tipo y niveles de servicios de la asistencia técnica externa, la logística de la organización en la respuesta a fallos. Los elementos de la Red bajo análisis son, entre otros, los siguientes: - Los dispositivos del Sistema, que deben ser confiables (Hardware y Software redundante así como software seguro) - Tecnologías flexibles aplicadas al sistema (con funcionalidades que aseguren la recuperación rápida de cualquier dispositivo o de cualquier falla en los enlaces) - Un diseño del sistema con topologías, funciones y configuraciones de red bien definidas, diseñadas para utilizar las capacidades de elasticidad de la red, de una forma planeada y óptima. - Un catálogo de políticas y normas de buenas prácticas que prevengan los posibles fallos. - Una formulación de Sistema conteniendo posibilidades de escalabilidad y de interconectividad a escala global con otros Sistemas y Redes que garanticen la extensión de los Servicios y sus accesibilidad y disponibilidad. En ALTA DISPONIBILIDAD, un sistema de alto tráfico y crítico (como la autorización de una tarjeta), debe de tener un respaldo instantáneo a sus sistemas para poder en caso de saturación balancear la carga, para mayor información de este tema, te recomiendo visitar: La manera más sencilla para calcular la perdida potencial de ingresos, durante un período de tiempo en que el sistema está caído es: PERDIDA = (VA x TH) x I x H VA = Ventas anuales TH = Total de horas al año en servicio I = Porcentaje impactado de ventas H = Número de Horas fuera de servicio

8 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 8 de 43 Sin tomar en cuenta la pérdida laboral, en que los empleados no están trabajando, durante el tiempo que el sistema no funciona. 3.- SISTEMAS DE ALTA DISPONIBILIDAD. High Availability Systems Blanco Portillo, Marianela ITTACA.com Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín. Venezuela Resumen El propósito de esta investigación fue elaborar una propuesta para el diseño de Sistemas de Alta Disponibilidad para Petróleos de Venezuela, S.A. El estudio ameritó diagnosticar la plataforma tecnológica con la que actualmente cuenta la organización. El estudio realizado permitió determinar las debilidades y fortalezas de la empresa, utilizándose estos resultados como base para la propuesta. Este estudio se guió por una metodología de trabajo donde se definieron y analizaron las dimensiones e indicadores de la variable objeto de estudio, Alta Disponibilidad. Se utilizó una población de seis (6) expertos del área de Servidores. Se aplicó una encuesta que le permitió al investigador establecer el diagnóstico de las cuatro dimensiones consideradas en este estudio, Operabilidad Continua, Fiabilidad, Capacidad de Recuperación y Negocios. La propuesta consistió principalmente en la adecuación de la infraestructura actual para mantener operables las aplicaciones críticas de la organización. Se logró definir claramente las actividades a realizar por el personal de la empresa que presta sus servicios a PDVSA y las adquisiciones de hardware y software indispensables para iniciar con un proyecto de este tipo. Palabras Claves: Inoperabilidad, Operabilidad, Fiabilidad, Capacidad de Recuperación, SAN. ABSTRACT The purpose of this investigation was to establish a proposal for the design of High Availability Programs for Petróleos de Venezuela S.A. The study required a diagnostic of the actual technological platform of the organization. The study allowed determinated of the weaknesses and strengths of the company and the results obtained were used as the base of the outlined proposal. This study was guided by a work methodology in which the dimensions and variable indicators studied, High Availability, were defined and analyzed. If used a population of six (6) experts was used in the Servers area. A survey was applied which allowed the researcher to establish a diagnostic for the four dimensions considered in this study: Continuous Operation, Trustworthiness, Recuperation Capability and Business. The proposal consisted mainly in the accommodation of the present infrastructure to maintain in operation the critical applications of the organization. The activities that were to be carried out by the company personnel, which renders its service to PDVSA were clearly defined, as was the acquisition of the indispensable hardware and software needed to initiate such a project. Key words: Inoperative, Operative, Trustworthiness, Recuperation Capability, SAN Introducción En la actualidad un factor clave para el éxito de las empresas es el contar siempre con las aplicaciones que apoyan sus operaciones principales, pues la falta de disponibilidad de las mismas puede repercutir en costos, tiempos, esfuerzos y por supuestos en la confianza e insatisfacción de sus clientes. En este sentido se ofrece una propuesta de diseño para sistemas de alta disponibilidad para la empresa petrolera, en base al estudio de las diferentes y principales alternativas tecnológicas existentes en el mercado.

9 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 9 de Sistemas de alta disponibilidad Martin (1999, p.107) define la disponibilidad como la cantidad o porcentaje de tiempo que un sistema se encuentra disponible para la realización de una determinada misión. Sin embargo algunos autores consideran que no es solo un problema de aplicación sino del entorno que se afecta al no contar con el mismo, por ejemplo para Farley, Stearns y Hsu (1999, p.215) Los sistemas de Alta disponibilidad se deben entender como sistemas que permiten a las aplicaciones seguir operando a pesar que el hardware o software falle. Estos sistemas deben proteger a los usuarios de fallos de software así como de fallas presentes en las unidades de procesamiento, disco o en los componentes de red. Por lo que es razonable pensar que de ser posible eliminar los principales puntos o causas de falla en cualquiera de estos aspectos (software, hardware, red) mayores serán las probabilidades de contar con la disponibilidad de los sistemas críticos de la organización, más aun si se implantan componentes redundantes o tolerantes a fallos quienes junto a una alternativa de software puedan entrar en funcionamiento y asumir la responsabilidad en el caso que un componente falle. Ahora bien, si bien es cierto que la redundancia asegura un alto grado de la disponibilidad de los sistemas, también es cierto que debido a los altos costos en los que se incurriría por la duplicación de cada una de las partes sería conveniente primeramente definir los requerimientos de disponibilidad, el tiempo tolerante a fallos ó los períodos de inoperabilidad aceptados. Una vez identificadas realmente la criticidad de las aplicaciones y conocidos los niveles de tolerancia permitido, ya entonces se puede pensar en la corrección de puntos de fallo y en la redundancia de componentes En este sentido, es necesario mencionar todos aquellos puntos de fallos en los cuales se debe centrar la atención: Falla de las Unidades de sistemas de Procesamiento (SPU): El SPU consiste en un grupo de elementos, cada uno de los cuales es propenso a fallar provocando la perdida del servicio. Entre los más importantes de este grupo cabe la pena mencionar: La unidad central de procesamiento, Los controladores de entrada y salida y la Tarjeta Principal. Para eliminar los downtime asociados a la falla de estos componentes, se puede optar por el uso de una tecnología cluster, la cual permite reparar o reemplazar los mismos sin tener perdida en el sistema. En lo que respecta particularmente a los fallos en la unidad central de procesamiento se podría quizás pensar en un esquema de multiprocesamiento simétrico, Como otro punto de falla sobre el cual hay que centrar la atención es la falla en la red de área local (LAN). Las fallas en la red pueden ocurrir ya sea por el tipo de conexión utilizada, por las tarjetas de interfaz, por los routers, concentradores o incluso por las velocidades de transferencias utilizadas en la misma. Este tipo de problemas puede eliminarse bien sea proporcionando una redundancia total en las conexiones o configurando el switching de las tarjetas de interfaz. Otro punto de fallo de interés radica en los subsistemas de almacenamiento, en este caso podría pensarse en la técnica de espejos, donde hay dos unidades independientes para cada disco de datos, siendo la unidad principal la encargada de manejar las peticiones de los usuarios y utilizándose la segunda unidad como un disco imagen de la primera, es decir, en este esquema los dos componentes realizan exactamente el mismo trabajo de forma entrelazada, teniéndose de esta manera dos sistemas equivalentes, de forma tal que si uno de ellos falla el otro continua trabajando. Como otra alternativa podría ser la duplexación de discos o duplicación como también se le conoce, quien virtualmente opera de la misma manera que la técnica de espejo, excepto que añade un nuevo controlador, de allí que el rendimiento se incremente debido a la menor contención que ocurre en el bus de entrada y salida. En lo que respecta a fallos por los subsistemas de almacenamiento, hoy día se cuenta con una serie de sistemas o metodologías de combinación de discos, conocidas como Arreglos de

10 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 10 de 43 Discos Redundantes (RAID) que son mas que un grupo de discos en los cuales se almacenan además de la información normal una serie de información redundante que permite, que en el caso que alguno de los discos falle, la información pueda regenerarse de forma automática. Palmer (2000, p. 289) Este esquema puede ser implementado en diferentes formas dependiendo de la distribución que se haga en el disco, del tipo de rendimiento y del coste. El método RAID nivel 0 fue el primero que apareció. En realidad este nivel RAID no incorpora tolerancia a fallos, por lo que un fallo en alguno de sus dispositivos provoca la perdida de la información almacenada en todas las unidades. Este esquema a pesar de no ofrecer tolerancia es considerado, por ser el primer método que apareció para la conjunción de varios discos en una única partición. Un RAID de nivel 1 son discos en espejos, de esta forma se tiene duplicada la información en dos discos distintos, de manera que si uno de ellos falla, se continua trabajando con el otro, sin por ello perder ni eficiencia en el servidor ni por supuesto la información. Este esquema consigue una fiabilidad en el sistema muy mejorada ya que aunque fallaran ambos discos simultáneamente (situación poco probable) se ahorraría tiempo de recuperación, adicionalmente las operaciones de lectura de un disco que forma parte de un espejo son más rápidas, ya que la lectura puede realizarse de forma simultanea en ambos discos. Sin embargo, en términos de almacenamiento solo se cuenta con el 50% de la capacidad total del disco, en operaciones de escritura se afecta el rendimiento ya que la información debe guardarse en dos sitios y en términos monetarios los costos de este esquema son sumamente elevados. El RAID 5, método de tolerancia a fallos más utilizado en la actualidad, tiene la capacidad de acceder a tantos discos como necesite al mismo tiempo pero en peticiones independientes, por lo que su tasa de entrada y salida es mucho mayor si se compara con los esquemas predecesores. En este esquema la información se reparte a nivel de bloque e incluso de registro. Aquí desaparece la necesidad de un disco de paridad, sin embargo su implementación requiere el manejo de un mínimo de 3 discos. En este esquema uno de los discos conocido como Spare es usado como backup de todos los volúmenes raid que han sido configurados en el arreglo, de forma que si cualquiera de los volúmenes falla, el spare es utilizado para restablecer la información. Entre las principales ventajas que este esquema ofrece se pueden mencionar: Mejor utilización del disco, buena velocidad de lectura y disminución significativa de los costos. Sin embargo y a pesar de ser un muy buen esquema para el manejo de tolerancia a fallos, este esquema tiene como punto en contra, el bajo rendimiento que presenta para las operaciones de escritura. Adicional a todos los esquemas raid ya mencionados, también se cuenta con los arreglos de discos EMC o arreglos simétricos que permiten conexiones desde el mismo disco de datos a múltiples nodos del clusters a través de diferentes buses. El RAID, originó una nueva técnica conocida como intercambio en caliente, que no es mas que la capacidad de sacar o introducir discos, mientras este continua funcionando y suministrando entradas y salidas al sistema al que está conectado. Por supuesto, esto requiere un diseño que permita manejar las sobrecargas de energía y las interrupciones que se producen en el bus interno de entrada y salida como resultado de las extracciones o inserciones realizadas. En este ámbito se cuenta con una técnica en particular conocida como Disk Storage Enclosure, quien permite realizar un intercambio en caliente de los discos espejos, sin perder el servicio, mientras el sistema operativo continua corriendo y el dispositivo funcionando. Como se ve existe una extensa variedad de alternativas de hardware para ofrecer alta disponibilidad de las aplicaciones, cada una de las cuales se adapta a un escenario en particular. Sin embargo como un esquema general, que actualmente asegura la alta disponibilidad, donde actualmente se enmarcan la mayoría de las soluciones y que quizás es el esquema mas implementado es la tecnología clusters, definida por Weygant (2000 p.73) como un grupo de servidores que poseen suficiente redundancia de software y hardware de forma que la falla de

11 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 11 de 43 alguno de sus componentes no impida la disponibilidad del servicio.consiguiéndose así potenciar las principales características de las aplicaciones de misión critica. Esta tecnología puede ser implementada de tres (3) maneras básicamente. Configuración Activa/Standby: Configuración Activa/Activa Configuración de Base de Datos Paralela Como última opción no puede dejar de mencionarse la tecnología de Red de Area de Almacenamiento (Storage Area Network o SAN) pues es allí donde se dirigen las tendencias del mercado y donde se están invirtiendo grandes esfuerzos. SAN es una red dedicada en exclusiva a funciones de almacenamiento, la cual se construye sobre una red de fibra óptica o Fibre Channel a la que se conectan todos los servidores que utilizan el almacenamiento, ofreciendo un ancho de banda potente. SAN es una tecnología fiable, económica y que ha desarrollado una potencia hasta hace años desconocida. Básicamente presenta dos opciones de implantación: Bucle Arbitrado y Fabric Switched. En ambos casos se pueden integrar soluciones que eviten utilizar el ancho de banda de la red de área local para la realización de Backups, estas soluciones se integran en la SAN a través de controladoras específicas permitiendo así un altísimo rendimiento así como una operación desatendida. Entre las ventajas más importantes que puede ofrecer la red de área de almacenamiento están: 1. Superior ancho de banda. 2. Administración centralizada de todo el almacenamiento. 3. Estandarización en recursos de almacenamiento y configuración de servidores. 4. Mayor flexibilidad en la utilización del espacio disponible. 5. Mayor tolerancia de fallas en el sistema. 6. Al tratarse de dispositivos de ámbito corporativo, el rendimiento de los sistemas de almacenamiento puede llegar a ofrecer decenas de miles de I/O (operaciones de lectura/esritura) por segundo. 7. Fácil integración de soluciones de backup de ámbito corporativo de simple administración, alto rendimiento y fiabilidad. 8. Simplificación del proceso de adquisición de ampliaciones al sistema de almacenamiento, pues no estará basado en modelos ni marcas de servidores. 9. Mejora de la facilidad de planificación de las necesidades globales. Ahora bien, la alta disponibilidad puede conseguirse tanto con alternativas de hardware como de software, En el mercado tecnológico actual, son muchas las empresas que se han dedicado, al desarrollo de herramientas de software orientadas a la alta disponibilidad. En primer punto se puede mencionar un esquema propuesto por la empresa HP, conocido como Journaled File System (JFS). Esta alternativa orientada al sistema operativo Unix, utiliza una conexión especial que le permite registrar información acerca de los cambios hechos en el file system de metadatos. Dicha conexión permite mejorar la disponibilidad reduciendo a solo unos segundos el tiempo necesario para reiniciar un file system luego que el mismo ha fallado. Como una alternativa opcional para expandir las funciones de JFS se puede considerar OnlineJFS, quien elimina los downtime planificados asociados con las actividades de mantenimiento de los file system pues actividades como desfragmentación, reorganización y expansión de los file system pueden ser ejecutadas mientras las aplicaciones acceden la data de los mismos. En lo que respecta a las actividades de backup las mismas se ejecutan utilizando la filosofía snapshot, lo que permite que las aplicaciones accedan la data mas reciente mientras que el proceso de backup accede la copia. Otro esquema de software que igualmente apoya la disponibilidad de los sistemas es la herramienta Transaction Processing Monitors (TPM). Este esquema asegura la disponibilidad en

12 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 12 de 43 segundos cuando es usado en conjunto con la tecnología clusters, pues se reenvían las transacciones a otro nodo cuando el nodo original presenta alguna falla. Adicionalmente existen otras alternativas de software, quizás vistas como herramientas para el manejo de sistemas y redes que permiten manejar automatizadamente una red compuesta por diversos tipos de servidores y estaciones trabajo, pero que igualmente están orientadas a la alta disponibilidad Arquitectura tecnológica para los sistemas de alta disponibilidad. La definición de la propuesta comienza con el diagnóstico de la situación actual de la empresa objeto de estudio, donde se evalúan entre otros aspectos, las arquitecturas tecnológicas existentes que brindan soluciones de alta disponibilidad, así como los esquemas de implementación de las mismas. Las debilidades detectadas en el proceso investigativo sirven de base para la propuesta de diseño para sistemas de alta disponibilidad, el cual persigue ofrecer alternativas que aseguren la continuidad operacional de las aplicaciones criticas, o en su defecto minimizar los períodos de inoperabilidad de las mismas. En particular para este estudio, la organización está equipada con una excelente tecnología, sin embargo existen ciertos problemas en cuanto a la disponibilidad de las aplicaciones criticas, lo cual conlleva a definir reestructuraciones que permitan ofrecer cabalmente la alta disponibilidad esperada. En este sentido se presenta la propuesta de solución tecnológica sugerida para el logro de tal fin. La propuesta planteada es una solución genérica que permite al personal de tecnología de la organización objeto de estudio, la selección de las alternativas en función del costo/beneficio que este a su alcance, sin limitarle a una solución particular de un proveedor determinado. Para poder ofrecer un esquema alternativo que contemplara estos aspectos, era necesario optar por una tecnología que además permita aprovechar los recursos actuales y por supuesto asegurar la escalabilidad de la nueva arquitectura. En tal sentido, la propuesta se basa en la implementación de una aplicación de tecnología de Fibre Channel para crear una red propia dedicada exclusivamente a dispositivos de almacenamiento, denominada SAN. (Storage.Area Network). La arquitectura SAN es una infraestructura dedicada que permite conectar diferentes unidades al sistema de almacenamiento donde se pueden compartir datos, archivos, clips, y otros formatos de información sin necesidad de duplicarlos o moverlos a otros puntos de la red. Creando una unidad autosuficiente que no depende del funcionamiento del servidor. SAN está orienta específicamente a funciones de almacenamiento, y control del volumen de acceso. Para tal fin se requiere la adecuación de la infraestructura actual de la empresa objeto de estudio, de la siguiente manera: Conectar ambos servidores HPCLUST1 y HPCLUST2 a 1 Gbits a la red de la empresa. Conectar ambos servidores E10000 y Sun6500 a 1 Gbits a la red de la empresa. Establecer un enlace doble de fibra óptica entre los servidores que pertenecen al mismo cluster a la velocidad de 100 Mbits. Adquirir un Switch de Fibre Channel de 32 puertos como parte de esquema de redundancia planteado en la investigación. Establecer enlaces dobles entre el Switch de Fibre Channel con el subsistema de almacenamiento centralizado a la velocidad de 100 Mbits. Establecer enlaces dobles de 100 Mbits entre el Switch de Fibre Channel con cada uno de los servidores pertenecientes a los cluster evaluados. Adquirir una licencia de Parallel Server de Oracle e implementar el esquema de paralelismo para la base de datos de las aplicaciones críticas.

13 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 13 de 43 Migrar todas las bases de datos Oracle que pertenecen a las aplicaciones críticas del negocio de Oracle versión 7.3 a Oracle 8i o Oracle 9i así como el sistema operativo de HP UX a HP UX 11i y el sistema operativo Solaris 2.5 a 2.8. La selección del manejador dependerá del tiempo que transcurra entre esta propuesta y el tiempo considerado en la implementación de la misma o también de las misma necesidades de las aplicaciones críticas. Adquirir e implementar la alternativa de solución del proveedor o proveedores que mejor se adapta a los criterios económicos y tecnológicos del personal de tecnología de la organización objeto de estudio, considerando las pautas establecidas para tal fin Referencias bibliográficas. Compaq. Compaq anuncia soluciones empresariales de almacenamiento y SAN con capacidad de actualización con tecnología líder en la industria y tolerancia de desastre.[en línea]. [30-Mayo-2000] Computer Associates. Computer Associates anuncia una solución que confiere una alta disponibilidad a los servidores Windows NT para aplicaciones de misión crítica.[en línea] [18-Mayo-2000] IBM. Soluciones SAN.[En línea] [19-Mayo-2001] SMDATA. Que es SAN..[En línea]. [07-Mayo-2001] Farley, M., &Stearns, T., & Hsu, J., Seguridad e Integridad de datos. España. Osborne/McGraw- Hill. Hernandez R, Fernandez C, Baptista P, Metodología de la investigación. Mexico. Mc Graw Hill. HP, Oracle, Cisco (1999). High Availability & Load Balancing Testing using Oracle Application, Cisco Local Director and HPWebQos. Huidobro, José Manuel. Todo sobre comunicaciones. España. Paraninfo. Martin, L (1999) Tolerancia a fallos en Windows NT. Windows NT Actual, 1, Martin, L (1999). Servidores Nonstop Himalaya para alta disponibilidad. Windows NT Actual, 6, Palmer, Michael. Redes informáticas. Seguridad e Integridad de datos. España. Paraninfo. Weygant, Peter. Clusters for High Availability. Estados Unidos. Prentice Hall. 4.- ALTA DISPONIBILIDAD EN LINUX. Juan Pedro Paredes Este documento relata los principios básicos de la alta disponibilidad, además de dar un enfoque a la problemática que ha llevado el desarrollo de estos sistemas. Luego se enumeraran las características que hacen de Linux un sistema operativo robusto para su uso en estos sistemas. Además se comentaran diversas soluciones ya creadas. 1. Introducción 2. SPOF (Single Point Of Failure ó punto simple de fallo) 3. Servicio de datos 4. Dinámica HA 5. Entorno HA para Linux 6. Soluciones HA para Linux

14 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 14 de Copyleft 8. Bibliografía Introducción Una funcionalidad muy apreciada en los sistemas, tanto en sistemas intermedios de comunicaciones como en sistemas finales, es su capacidad de poder mantener una alta disponibilidad basada en una redundancia de equipos. Es decir, que se pueda dimensionar el sistema sin puntos únicos de fallo de forma que, por ejemplo, en caso de fallo de un servidor, sea otro servidor el que ofrezca los servicios que prestaba aquél. Está siendo, cada vez más común, la utilización de sistemas redundantes que podrán estar configurados en modo activo-pasivo (también conocido como failover y hot-standby), es decir, que un sistema realiza las funciones y, en caso de fallo, un sistema de backup las asume. O que podrán estarlo en activo-activo, en el que una serie de sistemas, por ejemplo A o B, llevan a cabo servicios distintos A' y B' respectivamente pero que, en caso de fallo de un sistema (por ejemplo B), el otro (A) asume todos los servicios del cluster (A' y B'). La implementación de estos mecanismos de alta disponibilidad se viene haciendo de dos maneras: mediante técnicas de rutado virtual (protocolo VRRP) implementados a nivel de sistema operativo o mediante mecanismos software implementados por encima del sistema operativo que detectan los fallos y toman las medidas necesarias. Desgraciadamente, las implementaciones en la actualidad de mecanismos de alta disponibilidad como el proyecto linux-ha o el software de alta disponibilidad Piranha, están muy por debajo de los mecanismos de alta disponibilidad implementados en productos propietarios. En el área de alta disponibilidad con rutado virtual, los sistemas Nokia basados en IPSO (una versión propietaria basada en FreeBSD) están muy por delante. Igualmente, existe una serie de software propietario para implementar alta disponibilidad de servicios a alto nivel (servicios de correo, bases de datos, correo, cortafuegos, etc.) basados en aplicaciones que monitorizan a los sistemas, como puedan ser Qalix, Legato Full Time Cluster o StoneBeat, que son, hoy por hoy, muy superiores a los proyectos, aún en desarrollo de software libre. "La alta disponibilidad es una pieza importante del rompecabezas. Disponer de esta tecnología en Linux será de gran importancia para las empresas que usan Linux en entornos de producción. Me llena de satisfacción contemplar como SGI y SuSE Linux cooperan para producir una versión de código abierto para Linux del FailSafe de IRIS", declaró Linus Torvalds, creador de Linux. La ejecución de FailSafe en Linux permitirá a un usuario enlazar dos o más servidores de tal manera que, transparentemente, uno de ellos asuma toda la carga de computación si el otro falla. Un cluster FailSafe Linux hará desaparecer cualquier punto de fallo y permitirá que las aplicaciones aumenten su nivel de disponibilidad hasta el requerido por las operaciones críticas de los centros de datos. Esta capacidad de resistencia a fallos es un componente importante de la maduración de Linux en el entorno de la informática de empresa. Además del producto resultante, las dos compañías aportarán valioso conocimiento a la comunidad del Código Abierto mediante la combinación de sus respectivas experiencias y potencial humano. SGI dispone de un conocimiento exhaustivo de la tecnología de la alta disponibilidad y se ha centrado en el desarrollo de tecnología de código abierto durante varios años. Así mismo, SuSE tiene amplias experiencia y credibilidad dentro de la comunidad de Linux y el código abierto. Actualmente Linux es conocido, como un sistema operativo estable; la problemática se genera cuando el hardware, no es tan fiable como se desearía. En la mayoría de los casos, cuando un sistema falla normalmente es debido a un fallo de hardware o a un fallo humano (debido a un error en la administración del sistema).

15 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 15 de 43 En los casos en que un fallo hardware provoca graves consecuencias, debido a la naturaleza del servicio (aplicaciones críticas), se implementan a sistemas tolerantes fallos (fault tolerant ó FT); en los cuales, el servicio esta siempre activo. El problema de estos sistemas, es que son extremadamente caros y normalmente no hay presupuesto. Además suelen ser soluciones cerradas, totalmente dependientes de la empresa contratada. Se suele poner un servidor tolerante a fallos, varias interfaces de red, con tomas de alimentación redundantes y climatización especial. Los sistemas de alta disponibilidad (high availability ó HA), intentan obtener prestaciones cercanas a la tolerancia a fallos, pero a un precio muchísimo más interesante. Esta es una opción, que la ha hecho crecer en importancia dentro del mundo empresarial. La alta disponibilidad está basada en la replicación de elementos, mucho más baratos que un sólo elemento tolerante a fallos. Naturalmente, si hablamos de replicar servidores, hablaremos de un clúster de alta disponibilidad (ver Figura 1). Sistemas tolerantes a fallos los podemos encontrar en entornos muy críticos, tales como una central nuclear o el sistema de navegación de una aeronave moderna, los sistemas de control de tráfico aéreo, etc. Figura 1. Sistema HA de 2 nodos SPOF (Single Point Of Failure ó punto simple de fallo) La regla básica para hacer un sistema de alta disponibilidad es la replicación de elementos (Recordando la idea de RAID, Redundant Array of Independent Disks). Con SPOF se quiere hacer referencia a cualquier elemento no replicado y que puede estar sujeto a fallos; afectando con ello al servicio. Se debe evitar el SPOF en cualquier subsistema del sistema, ya que en caso de fallo puede peligrar el servicio de datos por culpa de un subsistema. Por ejemplo, un adaptador de red que da acceso a un servidor a una red es un SPOF, una controladora SCSI también. Si en un entorno de servidores falla uno y no puede ser reemplazado fácilmente por otro, en los tiempos anteriormente mencionados, el servidor se considerará como SPOF. En el caso de alta disponibilidad (con hardware y software adecuado) se puede reemplazar un adaptador de red o un servidor automáticamente. No sólo los servidores han de ser redundantes si no los elementos que facilitan el servicio, como routers, bridges o la propia red local. Es conveniente olvidar la redundancia a cierto nivel, pues habrá un nivel en que la alta disponibilidad se hace extremadamente cara, consideremos que sólo tenemos un único edificio para nuestro sistema, perfectamente podemos considerarlo como SPOF (en caso de incendio en el edificio), pero replicar en otro edificio el sistema, se puede salir de presupuesto Servicio de datos El servicio de datos y sus interrupciones es lo que nos ha llevado a adoptar medidas con tolerancia a fallos o alta disponibilidad. En alta disponibilidad, se denomina servicio de datos a un determinado servicio y los recursos necesarios para que el servicio sea ofrecido a un cliente (grupo de recursos). En otros entornos HA, se denominan logical host o software packages a la unión de servicio de datos y grupo de recursos asociados a este.

16 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 16 de 43 Estos grupos de recursos han de implementar los mecanismos necesarios, para que sean completamente flexibles entre nodos del clúster; es decir puedan ser suplantados o conmutados físicamente entre restantes nodos sin que el servicio de datos cambie en absoluto. Esta "virtualización" del recurso va a permitir que un nodo pueda suplantar la función de otro dentro del clúster. El servicio de datos sólo será penalizado con el tiempo de conmutación necesario para los grupos de recursos y la puesta en marcha del servicio de datos. Como ejemplos: una dirección virtual (en TCP/IP, IP Aliasing) para que la dirección del servicio de datos pueda migrar entre nodos. Debe considerarse el servicio de datos del clúster como una entidad única capaz de ofrecer servicios. El software de alta disponibilidad debe ser capaz de abstraer el clúster que lo soporta y ofrecer dichos servicios Dinámica HA. Se considera dinámica HA a todas las reconfiguraciones del clúster que garanticen la máxima disponibilidad del servicio de datos. Esta dinámica esta orientada a los nodos integrantes del clúster y la forma en la cual el clúster responde. Se denomina de la siguiente manera: Failover Es un término genérico que se usa cuando un nodo debe asumir la responsabilidad de otro nodo, importar sus recursos y levantar el servicio de datos. Se ha de entender que una situación de failover es una situación excepcional, para cual la alta disponibilidad ha sido concebida, el fallo de un nodo. Si sólo queda un nodo en el cluster, tras los fallos de los demás, estaremos en un SPOF hasta que el administrador del sistema, verifique y restaure el clúster. También se ha de entender que el servicio de datos sigue levantado, que es el objetivo de la alta disponibilidad. Takeover Es un failover automático se produce cuando un nodo nota un fallo en el servicio de datos. Para ello debe haber cierta monitorización con respecto al servicio de datos. El nodo que se declara fallido es forzado a ceder el servicio y recursos, o simplemente eliminado. Switchover o Giveaway Es un failover manual, consiste en ceder los recursos de un servicio de datos y este mismo, a otro nodo del clúster, mientras se realizan ciertas tareas administrativas. A este procedimiento se le denomina "Node outage". Splitbrain Para la gestión de un clúster HA es necesario un mecanismo de comunicación y verificación entre nodos integrantes. Por este mecanismo, cada nodo debe gestionar los recursos que corresponden a cada uno, segun el estado del clúster; a su vez cada nodo debe hacer chequeos o latidos (beats) a sus compañeros. Un Splitbrain (división de cerebros) es un caso especial de failover, en el cual falla el mecanismo de comunicación y gestión de un clúster de dos nodos. Es una situación en la cual cada nodo cree que es el único activo, y como no puede saber el estado de su nodo compañero, tomará acciones en consecuencia, forzando un takeover. Esta situación es peligrosa, los dos nodos intentaran apropiarse de todos los recursos, incluyendo el servicio de datos. El peligro aumenta sobre todo cuando tenemos recursos delicados, como recursos de almacenamiento, ya que cada nodo podría tomar y escribir por su cuenta, y quebrar a integridad de datos.

17 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 17 de 43 Para evitar este problema, cada nodo debe actuar de una forma prudente, y utilizar los recursos compartidos como señal de que se esta vivo. La forma de proceder de cada nodo es similar, ya que cada uno cree que su compañero ha desaparecido. Después de que un nodo aprecia este problema, tiene indicado que reserve un recurso llamado quorum. Un recurso quorum, es un recurso compartido, que se ha preestablecido en ambos nodos como tal. Este recurso es un recurso exclusivo, sólo un nodo del cluster puede reservarlo. Como este recurso sólo puede ser reservado por un nodo, el nodo que llegue tarde a la reserva del recurso, entiende que debe abandonar el clúster y ceder todos sus recursos. El quórum es utilizado como simplemete, método de decisión. Otra forma de evitar esta situación, un poco mas violenta, es que un nodo elimine a su compañero; el primero que apague a su compañero se queda con todos los recursos. Es un mecanismo muy brusco, pero muy eficaz. Para este caso existen tarjetas especializadas en esta tarea. Grupos de recursos de un servicio de datos Pensando en un servicio de datos cualquiera, se puede pensar en unas serie de recursos que va a utilizar. Por ejemplo, imaginemos un servicio de datos de servicio web como puede ser apache, este va a necesitar un nodo donde va a ser ejecutado (ciclos de CPU, memoria), un sistema de ficheros donde guardar toda la información web y por supuesto una red donde poder responder a las peticiones de servicio. Estos recursos deben atender a cierta flexibilidad, donde la flexibilidad es la capacidad del recurso de ser estático virtualmente y ser dinámico físicamente. A continuación se enumeraran los distintos tipos de recursos que son interesantes en un clúster HA. Recursos computacionales Los recursos computacionales pueden ser considerados a nivel de CPU, nodo o clúster. Son los recursos que permiten que el programa que se encarga de ofrecer servicio de datos pueda ser ejecutado. Si tenemos varias CPU, varios nodos o varios clústers estos deberán tener una copia del programa del servicio de datos en memoria. En la HA para Linux este recurso se considera a nivel de nodo, donde el servicio de datos va a estar situado en un nodo determinado (como máster del servicio). El software de alta disponibilidad es quien decide que nodo va a alojar que servicio de datos dependiendo del estado del clúster. Recursos de comunicaciones Normalmente el servicio de datos va a ser accedido mediante una red de comunicaciones. Las interfaces de red así como la pila de protocolos de red, deben ser capaces de responder a varias direcciones de red con el fin de dar flexibilidad al servicio de datos; es decir virtualizar el servicio. En el caso de redes TCP/IP el servicio de datos sera accedido mediante una dirección IP y un puerto; para que el servicio de datos pueda residir físicamente en cualquier nodo se debe utilizar IP's virtuales (IP aliasing) para que esto sea posible. Si se utiliza una red Ethernet-TCP/IP y el NIC (network interface card) no es capaz de cambiar la dirección MAC (media access controler), se puede llegar aun problema con las tablas ARP de los demás elementos de red; ya que se debe obligar a los clientes o routers de la LAN a actualizar la nueva dirección MAC para la IP de servicio. Recursos de almacenamiento El almacenamiento de los datos del servicio de datos es quizás uno de los puntos mas delicados de la alta disponibilidad. Pues en ellos tendremos la aplicación que se usará para el servicio de datos junto con los datos. El almacenamiento suele ser el recurso mas complicado de virtualizar en configuraciones clásicas; ya que suele ser un medio SCSI compartido con muchos discos y muchos elementos candidatos a

18 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 18 de 43 SPOF. En configuraciones hardware más modernas no hay tanta problemática; las arquitecturas SAN (storage area network) permiten que los recursos de computación accedan por red SAN a los recursos de almacenamiento. Los recursos de almacenamiento suelen ser servidores de archivos en con discos en RAID y backup integrado con interfaz FiberChannel. Al estar en un entorno SAN permite acceder a estos recursos a más de un nodo de forma muy flexible. El recurso de almacenamiento además de ser flexible debe ser independiente para las necesidades de cada servicio de datos. Surge el concepto de grupos de volúmenes; un grupo de volúmenes es un conjunto de volúmenes que pertenecen a un servicio de datos en concreto. Cada volumen es un espacio de almacenamiento que el servicio de datos utilizará para sus propósitos con independencia de otros volúmenes. Es vital que el recurso de almacenamiento sea capaz de mantener la integridad de los datos y el tiempo de recuperación ante un fallo sea mínimo. Ante estos problemas surge las técnicas de journaling para la gestión de los datos Entorno HA para Linux Linux como sistema operativo debe de ofrecer una serie de facilidades, para que los sistemas de alta disponibilidad puedan integrarse correctamente tal y como se hace en otros entornos. Estas facilidades están relacionados directamente con el entorno hardware y el software para las aplicaciones de alta disponibilidad. En esta sección se comentaran los diversos subsistemas que ayudan a "virtualizar" recursos, así como subsistemas para evitar SPOF. Sistemas de computación Actualmente Linux es una plataforma de computación y supercomputación muy consolidada. Se puede afrontar la idea de eliminar SPOF en los sistemas de computación, pero sólo a partir de un nivel que Linux como sistema operativo pueda obrar. Es decir que si consideramos la computación al nivel de nodos y superiores no habrá problemas, pero si consideramos a nivel de procesadores y memorias, es mas un problema muy cercano a una solución hardware tolerante a fallos. Sistemas de red Linux puede presumir de tener una de las pilas TCP/IP mas completas y estables que existen actualmente. La característica de IP Aliasing de Linux, permite asignar varias direcciones IP a una misma interfaz; esto nos permite poder levantar una dirección IP, exclusivamente, en un nodo del clúster. Si algún nodo perece con su IP, cualquier otro nodo del clúster, puede tomar el testigo. También, Linux es capaz de actualizar sus tablas de rutas dinámicamente, gracias a demonios de enrutamiento tales como ospfd. ospfd es un demonio de enrutamiento que implementa el algoritmo de enrutamiento OSPF. Con estos servicios el clúster puede ser consciente de la topología de la red y reaccionar ante las caídas de líneas de comunicaciones o nodos. Sistemas de almacenamiento En los sistemas de almacenamiento existe una doble problemática: 1. SPOF en los elementos de almacenamiento. 2. Consistencia ante un crash o caída. El SPOF se soluciona con sistemas de discos capaces de hacer redundantes los datos, así como de sustituir un disco dañado por otro en reserva. La consistencia se consigue revisando la integridad de los datos; la consistencia debe ser establecida en el mínimo tiempo posible ya que el servicio de datos depende de él. - Sistemas de disco Redundant Array of Independent Disks (RAID) Un subsistema RAID nos va a permitir eliminar SPOF de los recursos de almacenamiento.

19 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 19 de 43 Actualmente el kernel de Linux soporta RAID 0,1 y 5 con el driver MD. Además de RAID software también soporta gran numero de controladoras SCSI y ATA100 que ofrecen volúmenes de RAID por hardware. Compaq e IBM han colaborado mucho en este aspecto, creando drivers para sus productos. También cabe mencionar los sistemas LAN-Mirror que son una opción barata para conseguir un medio compartido y eliminación de SPOF replicando por red. Como ejemplos cabe destacar DRBD, NBD y ENBD. Logical Volume Management (LVM) El software de gestión de volúmenes permite exportar los volúmenes de grupos de discos para que el servicio de datos pueda hacer uso de el. Logical Volume Management inicialmente adoptado por IBM luego por la OSF, esta en desarrollo. No sólo es capaz de cambiar el tamaño de discos lógicos sino también de sistemas de ficheros ext2. - Sistemas de ficheros con journal Journaling es una técnica que nació de las bases de datos y se ha ido incorporando a los sistemas de ficheros. Cuando un sistema de ficheros sufre una caída, dado a un fallo del sistema, este se chequea al completo corrigiendo las inconsistencias. Con journal se lleva una cuenta de que se ha ido modificando en el sistema de ficheros, ya que a la hora de chequearlo sólo comprobara la inconsistencias de unos pocos ficheros y directorios. El tiempo de puesta en consistencia de un sistema de ficheros disminuye considerablemente. Además se incorporan técnicas como árboles B y Hashes para un acceso más rápido a ficheros. A continuación se enumeran los sistemas de ficheros más familiares y apropiados para la HA en Linux: ext3 Es el clásico ext2 pero con el añadido de una partición de log, para llevar el journal. Hace journal de datos y metadatos. Por lógica es algo mas lento que ext2 en acceso pero mas rápido en tiempo de recuperación de consistencia. Lo realmente interesante es que hace journal de datos y metadatos. Reiserfs JFS XFS Es un sistema de ficheros creado desde 0 con la idea de sacar partido a arboles B, hashes y técnicas de journal actuales. Es un sistema de ficheros realmente rápido en lo que a Linux se refiere. Sólo hace journaling de datos. Actualmente sus creadores están desarrollando Reiser4 bajo el patrocinio de la DARPA. IBM lo ha puesto bajo GPL y ha sacado su primera versión con calidad de producción. De momento desarrollan con bastante independencia, de versiones actuales del kernel, ya que sacan parches para versiones especificas. Silicon ha sacado releases con calidad de producción bajo GPL. Casi tan rápido como reiserfs. Esta muy bien integrado con Linux, teniendo en consideración otros subsistemas como puede ser quota o NFS. Sacan parches cada una o dos versiones del kernel. Una opción muy a considerar, en un futuro Soluciones HA para Linux Con las necesidades anteriormente mencionadas, Linux no podía quedarse atrás. De un tiempo a esta parte han ido surgiendo proyectos y soluciones para Linux, en las cuales algunas destacan su

20 Tema C14.- Sistemas de Alta Disponibilidad. Conceptos generales. Arquitecturas. Sistemas tolerantes a fallos. Página 20 de 43 elegancia y sencillez en comparación con sistemas comerciales. En esta sección se va a comentar los mas conocidos y los mas utilizados. Se esta recibiendo mucha cooperación de distribuciones como VA,SuSE,Red Hat o Conectiva, no debería ni decirse que los esfuerzos de Debian no se quedan atrás. Heartbeat Es la navaja suiza de la alta disponibilidad para Linux, es una herramienta que permite crear un clúster de alta disponibilidad. De momento el clúster sólo soporta 2 nodos, permite crear grupos de recursos y cambiar estos grupos de recursos fácilmente entre nodos. Carece de herramientas de monitorización del servicio de datos, que se consigue con otras herramientas como mon. ldirectord y LVS (linux virtual server) LVS permite crear un clúster de balanceo de carga, en el cual hay un nodo que se encarga de gestionar y repartir las conexiones (nodo máster LVS) entre todos los nodos slave del clúster. El servicio de datos debe residir en todos los nodos slave. LVS puede llegar a soportar sin problemas hasta 200 nodos slave. ldirectord es un demonio que se ejecuta en el máster LVS, que se encarga de testear el servicio de datos de los nodos slave y eliminarlos e insertarlos en el clúster dinámicamente, si surge algún problema o si se repone el servicio según sea el caso. Pirahna Es el nombre que Red Hat ha dado a su solución basada en LVS, el añadido es una interfaz para configurarlo. UltraMonkey Es una solución creada por VA Linux que se basa en LVS y Heartbeat para ofrecer clústers de alta disponibilidad y balanceo de carga (ver Figura 2). El nodo máster LVS se pone en alta disponibilidad ya que es el único SPOF. Además incorpora una interfaz para configurar el clúster. Kimberlite Creada por Mission Critical Linux, es una solución que soporta un clúster de 2 nodos. Permite fácilmente, definir un dispositivo de quórum, monitorizar los servicios de datos, así como gestionarlo. Una solución completa bajo GPL. Figura 2. Sistema HA con LVS Copyleft Copyright Juan Pedro Paredes. Se otorga permiso para copiar, distribuir y/o modificar este documento bajo los términos de la Licencia de Documentación Libre GNU, Versión 1.1 o cualquier otra versión posterior publicada por la Free Software Foundation. Puede consultar una copia de la licencia en:

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Télématique ISSN: 1856-4194 jcendros@urbe.edu Universidad Privada Dr. Rafael Belloso Chacín Venezuela Télématique ISSN: 1856-4194 jcendros@urbe.edu Universidad Privada Dr. Rafael Belloso Chacín Venezuela Blanco Portillo, Marianela Sistemas de alta disponibilidad Télématique, vol. 2, núm. 1, enero-junio,

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