RAID 5. Curso: Sistemas Operativos II Plataforma: Linux - OpenSuse

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1 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

2 INDICE TEMA No. PAGINA Introducción 3 Objetivos 4 Marco Teórico 5 Configuración... 8 Conclusiones 25 Bibliografía 26 Recomendaciones. 27 2

3 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 computadoras a nivel personal y por el otro lado las personas que hacen uso de estas a nivel profesional. Todo ha servido para una evolución 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. Partiendo de datos históricos en los que se hace referencia a que desde hace más de 20 años la capacidad de proceso de los procesadores 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 importante en comparación con el rendimiento del sistema, ya que tan solo ha mejorado un 50 % durante los últimos años. En base al escenario 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 nuestro 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 generan eran una especificación del RAID que se adecua a diferentes escenarios. En este documento se intentará explicar que es RAID, específicamente hablaremos de un nivel 5 de RAID, mostraremos como se configura e implementa dicho RAID, sin mas preámbulo presentamos el siguiente trabajo investigativo. 3

4 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

5 RAID 5: Historia de RAID: La Patente USPTO nº 4,092,732, titulada System for recovering data stored in failed 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 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. 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, Garth A. Gibson y Randy H. Katz en el ensayo A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks, publicado en la Conferencia SIGMOD de El término RAID se usó por vez primera en este ensayo, que dio origen a toda la industria de los conjuntos de discos. Definición de RAID: [ 1 ] Redundant Array 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

6 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 el 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 checksums 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 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 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 nada a similar; tan sólo dos o más discos duros conectados al ordenador. [ 3 ] Funcionamiento de un RAID 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

7 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 la siguiente, de ahí el término bloques de paridad 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 embargo, 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 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 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 que una unidad necesita ser reemplazada, las 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

8 CONFIGURACION ASPECTOS TECNICOS. La configuración que se ejemplificará a continuación se realizo bajo las siguientes condiciones: Sistema Operativo Distribución Disco Duro 1 Disco Duro 2 Disco Duro 3 Procesador Memoria RAID 5 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

9 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 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

10 4. Se inicia el particionador en modo experto en donde se 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, para realizar el RAID nivel 5 se necesitan mínimo 3 discos duros, por lo que se 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 Debemos seleccionar el botón create para proceder con la creación de la partición de 37 Gb en el disco de 74 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 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

11 6. Luego se nos presentará una ventana en la cual debemos seleccionar la unidad sda que corresponde al disco de 74 Gb. Le damos clic en ok para aceptar la selección. 7. Luego se nos presentará la siguiente ventana en donde se nos solicita el tipo de partición que deseamos aplicar, seleccionamos una partición primaria y le damos clic en ok. 11

12 8. Luego se nos mostrará una ventana donde podemos configurar todas las opciones 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. Como la partición es para un disco RAID, seleccionamos el radio buttom Do not format y seleccionamos del listbox la opción 0xFD LINUX RAID. Luego podemos establecer el tamaño de la partición de dos formas distintas: 1) Especificando el inicio io y el final de los cilindros en los campos de texto 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

13 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

14 10. Ahora procedemos a crear la partición RAID sobre 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 que deseamos aplicar, seleccionamos una partición primaria y le damos clic en ok. 14

15 12. Ahora se nos presenta 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 con la limitante de establecer todo el tamaño del disco como el tamaño de la partición. 13. Ahora podemos visualizar como se ha actualizado nuevamente el listado de las particiones, con la nueva partición RAID lista 15

16 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 que deseamos aplicar, seleccionamos una partición primaria y le damos clic en ok. 16

17 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, como es lo que deseamos realizar hacemos clic en Apply,, tal y como se observa en la siguiente imagen. 17

18 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

19 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 5, 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 5, este requiere como mínimo de 3 particiones de tipo RAID. 19

20 22. Luego cuando 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 de la unidad, para este caso es 0 (md0), luego se nos muestra el listado de las particiones agregadas al nivel del RAID Luego el asistente nos preguntará bajo que sistema de archivos se desea formatear el RAID 5, cual será el tamaño del bloque, que algoritmo de paridad utilizará y cual 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 caso se escogió el algoritmo simétrico por la izquierda. 20

21 D) Se selecciona el 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 cambios no son han sido aplicados, sino que se encuentran de manera temporal. 21

22 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

23 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. 23

24 4) Para comprobar que efectivamente se creo el sistema RAID 5 de manera 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

25 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 de este sistema de discos. 25

26 TUTORIAL DESARROLLADO POR Carlos Enrique Rodas Gálvez Álvaro Daniel Castillo Carrera Miguel Enrique Guerra Connor Vinicio Rodolfo Miranda Orozco BIBLIOGRAFIA La sección conceptual de este documento fue investigada bajo las siguientes fuentes bibliográficas. Motor de Búsqueda: Sitios Virtuales Consultados: [1] [2] [3] 26

27 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. 2) Tal y como lo muestra la definición del RAID nivel 5, se debe de preferencia hacer que cada partición tipo RAID que se crea con el particionador en modo experto sea un disco diferente para cada partición. 3) Como una tarea administrativa se debe verificar constantemente la integridad de los datos en el RAID nivel 5. 4) Tener conocimientos básicos con herramientas para manejar particiones de discos, para no cometer errores es que puedan ser incorregibles o irreversibles. 27

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