Серверные технологии хранения данных в среде Windows® 2000 Windows® Server 2003 | Страница 1 | Онлайн-библиотека


Выбрать главу

Наик Дайлип Системы хранения данных в Windows

Серверные технологии хранения данных в среде Windows® 2000 Windows® Server 2003

Введение

Гордон Мур (Gordon Moore), один из основателей компании Intel, однажды заметил, что плотность транзисторов на квадратный дюйм удваивается каждый год. Впоследствии скорость немного снизилась и удвоение стало происходить за полтора года. Если верить аналитикам, развитие индустрии систем хранения данных для предприятий все еще соответствует закону Мура.

Существует предположение, что в течение нескольких следующих лет будет сгенерировано больше данных, чем было создано за всю историю человечества! Не отвлекаясь на детали, можно согласиться, что серверы под управлением операционной системы Windows играют важную роль в индустрии систем хранения данных для предприятий. Таким образом, знание аспектов систем хранения данных на базе Windows оказывается крайне важным, и эта книга представляет собой скромную попытку предоставить необходимые сведения.

Понятия «Windows NT» и «семейство Windows Server» в данной книге равнозначны. Оба термина упоминаются при рассмотрении возможностей, которые доступны одновременно в операционных системах Windows NT 4.0, Windows 2000 и Windows Server 2003. В случае необходимости указывается определенная версия операционной системы, например Windows 2000 или Windows Server 2003.

Книга предназначена для читателей, хорошо знакомых с компьютерными системами и индустрией информационных технологий и желающих расширить познания в области систем хранения данных и архитектуры Windows NT, непосредственно связанной с подобными системами; Другими словами, в книге описываются корпоративные системы хранения данных, в то время как системам потребительского уровня уделяется гораздо меньше внимания. В книге делается попытка поддержать интересы специалистов по программному обеспечению, мало знакомых с технологиями хранения данных, и специалистов по системам хранения данных, которые стремятся получить дополнительные знания по архитектуре обработки и хранения данных в Windows NT.

Еще одна цель книги – донести до читателя мысль, что каждая новая версия операционной системы Windows NT привносит на рынок массу новых возможностей для корпоративных систем хранения данных.

Следует отметить ряд особенностей, касающихся содержания книги.

Удобное изложение информации.

Предоставление подробных сведений с соблюдением прав на интеллектуальную собственность. В книге рассматривается несколько инструментов для разработки программного обеспечения (SDK), которые доступны только после подписания соглашения о неразглашении (nondisclosure agreement – NDA). Таким образом, описание этих инструментов ограничено до информации, которая уже представлена в открытых источниках. Здесь выбран осторожный подход к этому вопросу и приводится только открытая информация, которая, впрочем, тщательно проработана, а к данным, трудным для понимания, добавлены необходимые объяснения.

Предоставление информации о следующих версиях операционных систем Windows NT, а не только устаревших сведений об уже выпущенных системах. Компания Microsoft намерена уделить серьезное внимание реализации поддержки корпоративных систем хранения данных в следующих версиях Windows NT. Безусловно, это несколько рискованный подход, так как планы могут измениться. Поэтому в книге всегда явно указывается, что та или иная описываемая технология относится к будущим версиям Windows NT.

Небольшое отступление. В книге описывается ряд возможностей, которые будут представлены в следующих версиях Windows NT. Компания Microsoft без устали твердит, что гарантированный метод получения информации о возможностях операционной системы – это знакомство с ней после выпуска финальной версии. Хотя такого рода информация широко обсуждается на выставках и семинарах, нет никакой гарантии, что эти возможности вообще появятся в финальной версии. Подобные предположения не должны становиться основой для конкретных планов.

Каждый читатель, который не понял всей серьезности этого предостережения, должен изучить (а не только прочитать) его еще раз.

В начале книги приводится обзор архитектуры Windows NT, включая подсистему ввода-вывода и архитектуру драйверов подсистемы хранения данных. В главе 1 делается попытка кратко изложить огромный объем информации, которая рассматривалась в серии книг Inside Windows NT (издательство Microsoft Press). Глава 1 предназначена для читателей, не имеющих достаточно свободного времени для чтения подобных книг.

В главе 2 описывается технология хранилищ данных, непосредственно подключенных к серверу (direct-attached storage), которая исторически была первой реализацией систем хранения данных.

В главе 3 рассматривается технология NAS (Network-Attached Storage – сетевое устройство хранения данных), которая стала следующим шагом на пути эволюции корпоративных систем хранения данных. Особое внимание уделяется стеку сетевых протоколов Windows NT.

В главе 4 описываются системы SAN (Storage Area Network – сети хранения данных) на основе технологии Fibre Channel. Эта технология продолжает развиваться и по-прежнему составляет конкуренцию таким новшествам, как iSCSI и InfiniBand.

В главе 5 освещаются базовые концепции резервного копирования и восстановления данных. Кроме того, затрагиваются вопросы, связанные с новой службой теневого копирования дисковых томов, которая впервые появилась в операционной системе Windows Server 2003.

В главе 6 рассматриваются файловые системы и виртуализация дисков в контексте Windows NT. Кроме того, описываются кластерные файловые системы.

Глава 7 посвящена управлению системами хранения данных как в рамках общих аспектов, так и в контексте Windows NT.

В главе 8 рассматриваются новые технологии хранения данных (особое внимание уделяется IP-хранилищам, которые являются попыткой связать воедино системы хранения данных и сети на базе протокола IP), а также технология InfiniBand.

В главе 9 описываются методы реализации отказоустойчивых служб (включая защиту и восстановление целостности данных, а также балансировку нагрузки) средствами Windows Server 2003 и Windows 2000 на основе многопортовых парных адаптеров локальной шины (НВА), установленных на серверах Windows NT. Кроме того, приводятся более простые методы обеспечения отказоустойчивости и повышения быстродействия систем, например массивы RAID.

Хотя глава 10 посвящена различным технологиям, она организована в соответствии с разными версиями Windows NT. Независимо от технологий хранения данных, которые рассматриваются в каждой конкретной главе, глава 10 основана на хронологическом порядке появления технологий в операционных системах Windows NT 4.0, Windows 2000, Windows Server 2003. Особое внимание уделяется ожидаемым функциям в следующих версиях Windows.

Надеюсь, книга вам понравится.

Отзывы и предложения присылайте по адресу: dilipnSniriva.com.

Дайлип С. Наик

Редмонд, Вашингтон

dilipn@niriva.com

Благодарности

Предприятие такого масштаба никогда не могло бы быть завершено в одиночку. Я искренне благодарен всем, кто помог мне в этой работе.

Моим редакторам Карен Гетман (Karen Gettman) и Эмили Фрей (Emily Prey). Они постоянно поддерживали мою веру в собственные силы, когда я стремился придерживаться графика и старался передать свои идеи в корректной и доступной форме.

Тому Кларку (Tom Clark), который очень помог при реализации идеи этой книги, а также оказал содействие в других вопросах.

Техническим рецензентам Джеймсу Андерсону (James Anderson), Элен Бек Гарднер (Ellen Beck Gardner), Роберту Грисволду (Robert Griswold), Барине Хаммонд (Varina Hammond),. Милану Мерхару (Milan Merhar), Бобу Сниду (Bob Snead) и Ричарду Вилеру (Richard Wheeler), которые опознали бриллиант в куске необработанной породы и помогали шлифовать его до тех пор, пока он не приобрел вид, вполне отвечающий своему назначению.

Редактору Лори МакГайр (Laurie McGuire).

Редактору тиражирования Стефани Гиберт (Stephanie Hiebert).

Джеффу Голднеру (Jeff Goldner) и Каран Мехра (Karan Mehra) из компании Microsoft, которые предоставили бесценную информацию.

И наконец, но не в последнюю очередь, моей семье: жене Варше (Varsha), которая несколько месяцев мирилась с моей работой за портативным компьютером IBM Thinkpad, сыну Нихару (Nihar) и дочери Рити (Riti), которые терпели странного папу, приносившего портативный компьютер на игры по футболу и бейсболу, а также на практические занятия.

Спасибо всем вам!

1
1
Введение 1
Благодарности 1
Ждем ваших отзывов! 2
Глава 1: Знакомство с Windows NT и драйверами устройств хранения данных 2
1.1 Режимы ядра и пользователя Windows 2
1.2 Процесс, контекст процесса и потоки 2
1.3 Архитектура Windows NT 3
1.4 Структуры данных, связанные с драйверами устройств Windows 6
1.5 Структура драйвера устройства Windows 7
1.6 Драйверы и буферы ввода-вывода 8
1.7 Иерархия драйверов систем хранения и типы драйверов 9
1.8 Ввод-вывод типичного приложения хранения данных 12
1.9 Сложности практической реализации 13
Резюме 13
Глава 2. Серверные хранилища данных 13
2.1 Интерфейс SCSI 13
2.2 Интерфейсы IDE, EIDE и АТА 14
2.3 Модель мини-драйвера IDE 15
2.4 Развитие адаптеров шин (НВА) 15
2.5 Логические единицы хранения (LUN) 15
2.6 Драйвер Storport 15
2.7 Сложности практической реализации 16
Резюме 16
Глава 3. Сетевые хранилища данных 17
3.1 Появление NAS 17
3.2 Сетевой стек Windows NT 17
3.3 Технологии CIFS и SMB 19
3.4 Сетевая файловая система 22
3.5 Проблемы доступа при использовании нескольких протоколов 23
3.6 Windows и NAS 23
3.7 Система Microsoft Exchange 2000 и NAS 24
3.8 Сложности практической реализации 24
3.9 Резюме 24
Глава 4 Сети хранения данных на базе интерфейса Fibre Channel 24
4.1 Сферы применения технологии Fibre Channel 25
4.2 Сравнение SAN и NAS 25
4.3 Преимущества Fibre Channel 25
4.4 Топологии Fibre Channel 26
4.5 Типы портов Fibre Channel 27
4.6 Протокол Fibre Channel 28
4.7 Структурные элементы SAN 30
4.8 Методы управления Fibre Channel 32
4.9 Обеспечение взаимодействия устройств Fibre Channel 34
4.10 Сложности практической реализации 34
4.11 Резюме 34
Глава 5 Технологии резервного копирования и восстановления данных 34
5.1 Причины резервного копирования й восстановления данных 35
5.2 Проблемы при резервном копировании 35
5.3 Классификация типов резервного копирования 36
5.4 Утилита резервного копирования Windows 2000 40
5.5 Технологии создания моментальных снимков тома 40
5.6 Служба теневого копирования томов в Windows ХР и Windows Server 2003 41
5.7 Устройства NAS под управлением Windows и моментальные снимки 43
5.8 Протокол NDMP 43
5.9 Сложности практической реализации 44
5.10 Резюме 44
Глава 6 Файловые системы 44
6.1 Диски, разделы и тома 44
6.2 Тома и диспетчеры томов 46
6.3 Пространство имен устройств 48
6.4 Другие файловые системы 48
6.5 Файловая система NTFS 48
6.6 Файловые системы для сетей хранения данных 57
6.7 Сложности практической реализации 59
6.8 Резюме 59
Глава 7 Управление хранилищем данных 59
7.1 Общая информационная модель и стандарт WBEM 59
7.2 Интерфейс WMI 59
7.3 Виртуализация хранилищ данных 60
7.4 Технология виртуализации хранилища от компании Microsoft 61
7.5 Программные интерфейсы приложений для адаптеров шины 62
7.8 Управление иерархическим хранилищем 63
7.9 Будущее управления хранилищами по версии ассоциации SNIA: стандарты SMI 65
7.10 Сложности практической реализации 65
7.11 Резюме 65
Глава 8 Технологии IP Storage и InfiniBand 66
8.1 Технология IP Storage 66
8.2 Стандарт InfiniBand 69
8.3 Сложности практической реализации 70
8.4 Резюме 70
Глава 9 Построение отказоустойчивых систем 70
9.1 Массивы RAID 71
9.2 Реализация массива ftAID на платформе Windows NT 72
9.3 Обеспечение избыточной отказоустойчивости 72
9.4 Локальное и удаленное зеркальное отражение 75
9.5 Сложности практической реализации 76
9.6 Резюме 76
Глава 10 Возможности подсистемы хранения данных в различных версиях Windows NT 76
10.1 Windows NT 4.0 77
10.2 Windows 2000 77
10.3 Windows Server 2003 82
10.4 После Windows Server 2003 87
10.5 Чего не хватает? 88
10.6 Сложности практической реализации 88
10.7 Резюме 88
Список основных источников информации 88
Глава 1 88
Глава 2 88
Глава 3 88
Глава 4 88
Глава 5 88
Глава 6 89
Глава 7 89
Глава 8 89
Глава 9 89
Глава 10 89