Nâng cao hiệu suất thiết kế mạng lưu trữ trong luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện tử viễn thông

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC HÌNH VẼ SỬ DỤNG

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, TỪ NGỮ VIẾT TẮT

1. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG LƢU TRỮ DỮ LIỆU (STORAGE AREA NETWORK– SAN)

1.1. Tổng quan về SAN

1.2. Lợi ích của lƣu trữ SAN

1.2.1. Đảm bảo tính sẵn sàng cao:

1.2.2. Tập trung thiết bị lưu trữ

1.2.3. Giảm nghẽn mạng khi sao lưu dữ liệu (backup)

1.2.4. Giảm tải cho máy chủ khi sao lưu dữ liệu

1.2.5. Tăng tốc độ truy cập dữ liệu

1.2.6. Đảm bảo khả năng kháng cự với sự cố:

2. CHƢƠNG 2: CƠ BẢN VỀ KÊNH QUANG

2.1. Kiến trúc của SAN và các thuật ngữ căn bản:

2.2. Phân tầng kênh quang

2.3. Các mức dịch vụ và điều khiển luồng dữ liệu

2.4. Topo mạng lƣu trữ:

2.4.1. Cách gọi tên port trên mạng

2.4.2. Mô hình kết nối điểm tới điểm

2.4.3. Mô hình kết nối vòng lặp có trọng tài phân xử (FC- AL)

2.4.3.1. Cơ chế thâm nhập mạng FC-AL

2.4.3.2. Đánh địa chỉ trên mạng FC-AL

2.4.4. Mô hình Switch Fabric

2.4.4.1. Switch Fabric làm việc như thế nào?

2.4.4.2. Các dịch vụ trên Fabric:

2.4.4.3. Đánh đia chỉ trên fabric

2.4.4.4. Trình tự đăng nhập fabric của node (Fabric –login sequence)

2.4.4.5. Thủ tục N_port login (PLOGIN- Port login)

2.5. Đầu nối cáp đồng DB-9

2.6. Đầu kết nối HSSDC (High Speed Serial Data Connector)

2.7. Đầu nối cáp quang SC

2.8. Đầu nối cáp quang mật độ cao- LC

2.9. Hub cho kênh quang

2.9.1. Hub không có chức năng quản lý (Unmanaged Hub):

2.9.2. Hub có chức năng quản lý (managed hub):

2.10. Switch trên kênh quang:

2.11. So sánh SAN với các công nghệ lƣu trữ khác

2.11.1. Ưu điểm của SAN so với DAS

2.11.2. Ưu điểm của SAN so với NAS

3. CHƢƠNG 3: HIỆU SUẤT LƢU TRỮ SAN

3.1. Các nhân tố hiệu năng:

3.1.1. Tốc độ dữ liệu:

3.1.2. Thời gian đáp ứng (Response Time):

3.1.3. Hiệu năng của đĩa cứng:

3.2. Nhiễu, suy giảm tín hiệu trên kênh quang

3.3. Đặc thù môi trƣờng:

3.3.1. Các mức RAID và chọn lựa:

3.3.2. So sánh giữa các mức RAID

3.3.3. Tương quan hiệu năng của RAID với thao tác đọc ghi

3.3.4. Một số môi trường ứng dụng tiêu biểu:

3.4. Lên kế hoạch cho thiết bị lƣu trữ

3.4.1. Luật 1: Sử dụng tổ hợp đĩa (disk array):

3.4.2. Luật 2: phân tách vật lý dữ liệu tuần tự với dữ liệu ngẫu nhiên

3.4.3. Luật 3: chia datafile lên càng nhiều đĩa càng tốt

3.4.4. Luật 4: không dùng RAID 5 cho các ứng dụng có tỷ lệ thao tác ghi cao

3.4.5. Luật 5: sử dụng raid 1 vật lý cho các redo log file, và raid 5 cho data file

3.4.6. Luật 6 cân bằng lượng IO cho cả tổ hợp đĩa

3.4.7. Công nghệ Disk caching

3.4.7.1. Read- ahead Caching:

3.4.7.2. Write – back Caching:

3.4.7.3. Ảnh hưởng của cache:

4. CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ, TRIỂN KHAI VÀ DUY TRÌ HOẠT ĐỘNG CHO SAN

4.1. Kiến thức căn bản khi thiết kế SAN:

4.2. Quan điểm thiết kế SAN của HP (Hewlett-Packard) :

4.2.1. Tiếp cận với thiết kế đơn giản của HP

4.2.2. Thiết kế và triển khai một SAN sử dụng bản thiết kế đơn giản sẵn có của HP

4.2.3. Một số biến thể của thiết kế sẵn có:

4.2.4. Thay đổi thiết kế SAN sử dụng các quy định thiết kế:

4.3. Xác định các yêu cầu của cơ sở hạ tầng:

4.3.1. Vấn đề tồn tại lớn nhất cần giải quyết là gì?

4.3.2. Yêu cầu hoạt động nào cần có giải pháp?

4.3.3. Các server kết nối với SAN như thế nào?

4.3.4. SAN sẽ hỗ trợ, thúc đẩy những ứng dụng nào?

4.3.5. Thiết bị nào trong giải pháp đã có ?

4.3.6. Thiết bị nào đang chạy chính thức (in Production) ?

4.3.7. Thiết bị, thành phần nào cần xây dựng mô hình và thử nghiệm?

4.3.8. Thiết bị nào có sẵn để thử nghiệm mô hình?

4.3.9. Các phiên backup được tiến hành khi nào và thực hiện như thế nào?

4.3.10. Đặc điểm hiệu năng hiện tại như thế nào?

4.3.11. Thời gian ngừng cung cấp dịch vụ là bao nhiêu ?

4.3.12. Thời gian hoàn thành từng việc của đề án ?

4.4. Cân nhắc kế hoạch sau khi thu thập đƣợc thông tin:

4.4.1. Cân nhắc hiệu năng

4.5. Cân nhắc khi cài đặt SAN

4.5.1. Đi cáp thế nào để quản lý đơn giản:

4.5.2. Cân nhắc khi lắp thiết bị lên tủ:

4.5.3. Quản lý in-band hay out-band:

4.5.4. Cài đặt các tham số cho switch, dây cáp

4.5.5. Nên dùng phiên bản nào của hệ điều hành Fabric ?:

4.5.6. Cách quản lý SAN tự động

4.5.6.1. Fabric OS API

4.5.7. Cân nhắc về phân vùng SAN (SAN zoning)

4.6. Một số kinh nghiệm với cấu hình zone:

4.6.1. Giảm tương tác không mong muốn:

4.6.2. Môi trường phức tạp:

4.6.3. Ánh xạ tên (alias):

4.6.4. Thêm switch vào fabric:

4.6.5. Địa chỉ WWN của node và Port:

4.6.6. Sao lưu cấu hình:

4.6.7. Đánh giá Fabric

4.6.7.1. Dựng hỗ sơ ban đầu cho mạng SAN:

4.6.7.2. Mô phỏng sự cố (Fault Injection):

4.6.7.3. Chạy thử tải I/O (Runing I/O load)

4.7. Duy trì SAN

4.7.1. Duy trì nhật ký cấu hình:

4.7.2. Sao lưu và phục hồi cấu hình cho switch:

4.7.3. Khởi động fabric:

4.7.4. Mở rộng fabric, gộp fabric, thêm switch hoặc thay thế switch

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về mạng lưu trữ dữ liệu Storage Area Network SAN

Mạng lưu trữ dữ liệu (SAN) đã trở thành một phần quan trọng trong hạ tầng công nghệ thông tin hiện đại. SAN cho phép kết nối máy chủ với thiết bị lưu trữ qua các giao thức như Fibre Channel, mang lại hiệu suất cao và khả năng mở rộng. Hiệu suất thiết kế của SAN không chỉ phụ thuộc vào tốc độ truyền dữ liệu mà còn vào khả năng quản lý và duy trì hệ thống. Việc thiết kế một mạng lưu trữ hiệu quả đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các công nghệ lưu trữ và cách thức hoạt động của chúng. Theo nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ lưu trữ hiện đại giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động của hệ thống.

1.1 Tổng quan về SAN

Trong những năm 1980, kết nối giữa máy chủ và thiết bị lưu trữ chủ yếu dựa vào SCSI, nhưng với sự gia tăng về dung lượng và tốc độ, SAN đã ra đời như một giải pháp tối ưu. SAN cho phép kết nối nhiều thiết bị lưu trữ với máy chủ qua một mạng tốc độ cao, giúp giảm thiểu độ trễ và tăng cường khả năng truy cập dữ liệu. Quản lý dữ liệu trong SAN trở nên dễ dàng hơn nhờ vào khả năng tập trung thiết bị lưu trữ, từ đó nâng cao hiệu suất mạng. Việc sử dụng kênh quang trong SAN không chỉ giúp tăng khoảng cách truyền mà còn cải thiện đáng kể tốc độ truyền tải dữ liệu.

II. Hiệu suất lưu trữ SAN

Hiệu suất của mạng lưu trữ SAN được xác định bởi nhiều yếu tố, bao gồm tốc độ dữ liệu, thời gian đáp ứng và hiệu năng của đĩa cứng. Các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng xử lý và lưu trữ dữ liệu trong các ứng dụng yêu cầu cao. Phân tích hiệu suất cho thấy rằng việc tối ưu hóa các mức RAID và lựa chọn thiết bị lưu trữ phù hợp có thể cải thiện đáng kể hiệu suất tổng thể của hệ thống. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng RAID 1 cho các ứng dụng có tỷ lệ ghi cao có thể giúp giảm thiểu thời gian truy cập và tăng cường độ tin cậy của dữ liệu.

2.1 Các nhân tố hiệu năng

Tốc độ dữ liệu là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất mạng. Thời gian đáp ứng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo rằng dữ liệu được truy cập nhanh chóng và hiệu quả. Việc lựa chọn đĩa cứng có hiệu năng cao và tối ưu hóa cấu hình RAID có thể giúp cải thiện đáng kể hiệu suất lưu trữ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng công nghệ disk caching có thể giúp tăng tốc độ truy cập dữ liệu, từ đó nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống lưu trữ.

III. Thiết kế và duy trì hoạt động cho SAN

Thiết kế một mạng lưu trữ SAN hiệu quả đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng về các yếu tố như cấu trúc mạng, thiết bị kết nối và yêu cầu về hiệu suất. Việc triển khai các giải pháp thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả có thể giúp giảm thiểu chi phí và thời gian triển khai. Duy trì hoạt động của SAN cũng rất quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống luôn hoạt động ổn định và hiệu quả. Các biện pháp bảo trì định kỳ và kiểm tra hiệu suất là cần thiết để phát hiện và khắc phục kịp thời các vấn đề phát sinh.

3.1 Kiến thức căn bản khi thiết kế SAN

Khi thiết kế SAN, cần xác định rõ các yêu cầu của cơ sở hạ tầng và các ứng dụng mà hệ thống sẽ hỗ trợ. Việc lựa chọn thiết bị phù hợp và cấu hình mạng một cách hợp lý sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống. Quản lý dữ liệu trong SAN cũng cần được chú trọng để đảm bảo rằng dữ liệu luôn được lưu trữ và truy cập một cách hiệu quả. Các giải pháp như phân vùng SAN và sử dụng các thiết bị chuyển mạch thông minh có thể giúp cải thiện khả năng quản lý và bảo trì hệ thống.

Luận văn thạc sĩ về công nghệ mạng lưu trữ và hiệu suất thiết kế trong kỹ thuật điện tử viễn thông