Questa tesi analizza e implementa file system distribuiti in un ambiente cluster su Linux, con un focus particolare su GFS (Global File System). L'obiettivo include l'analisi della documentazione esistente, la creazione di un cluster e la realizzazione del file system distribuito, con considerazioni sulla tolleranza ai guasti. Vengono inoltre discussi futuri sviluppi come l'aggiunta di server GNB e l'analisi delle prestazioni dei file system.

1. Università degli Studi di Bologna
Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Informatica
Amministrazione di reti di calcolatori
Analisi ed implementazione di
file system distribuiti in
ambiente linux
Tesi di: Raul Cafini Relatore: Dott. Ing. Marco Prandini
Correlatori: Ing. Luca Ghedini

2. Presentazione
Questa tesi si è posta l’obiettivo dell’analisi e della
implementazione di file system distribuiti in un ambiente
cluster basato su sistema operativo linux.
• Un file system distribuito è uno strumento in grado di gestire
una piattaforma dati comune tra più macchine distribuendo il
contenuto informativo globale tra di esse, garantendo la
consistenza, l’integrità e l’accesso concorrente ai dati anche in
caso di guasti (Fault Tolerant).
• L’infrastruttura hardware portante su cui è implemetato il file
system prende nome di cluster. Un cluster (dall’inglese grappolo)
è un insieme di computer connessi tramite una rete telematica a
scopo di incremento prestazionale in termini di calcolo
computazionale e/o di risorse distribuite.
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3. Documentazione, analisi ed implementazione
Il lavoro si è svolto principalmente in tre fasi:
1. Documentazione: Soluzioni cluster basate sul s.o. linux,
file system distribuiti (implementazioni proprietarie e open
source come AFS, GPFS, CODA, GFS, LUSTRE, ...) e
tecniche di fault tolerance.
2. Analisi: Software di gestione del cluster, software di base
dei file system distribuiti, gestore dei volumi logici,
topologie e architetture di implementazione.
3. Implementazione: Realizzazione di un piccolo sistema
cluster linux con file system distribuito in lab4.
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4. Red Hat/Fedora - GFS
La scelta, Perchè Red Hat/Fedora GFS:
• Il primo file system con sviluppo nativo a 64-bit.
• Altamente scalabile (fino a 256 nodi) per l'introduzione di
server e device di storage.
• Recente apertura verso la comunità open source.
• Uso della semantica standard per i file system UNIX/POSIX.
• File system di tipo journaled.
• Basato su gestore di volumi logici altamente flessibile
– (LVM – Logical Volume Manager)
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5. Red Hat/Fedora - GFS
GFS over GNBD-SAN
GFS over SAN
GNBD-DAS
(Global Network (Storage Area–Network) Area Network)
(Global Network Block Device -Direct Attached Storage)
Block Device Storage
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6. Il cluster 1/2
Profilo Hardware:
• Desktop HP - AMD64
Caratteristiche tecniche:
• Processore:
DualCore AMD Athlon 64 X2
• Memoria Primaria:
512 MB
• Memoria Secondaria:
80 GB
• Scheda Rete:
Gigabit Ethernet (10-100 MBit/s)
Profilo Software:
• Sistema operativo:
Fedora Core release 4
• Kernel release:
2.6.11-1.1369_FC4smp
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7. Il cluster 2/2
Red Hat - Cluster Suite:
Componenti software per l’interazione
tra i nodi del cluster:
• CCS (Cluster Configuration System)
• CMAN (Cluster MANager)
• Fence (Fencing Mechanism)
• RGManager (Resource Group
Manager)
• DLM (Distribuited Lock Manager)
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8. Il Logical Volume Manager
• Gestore di volumi logici
• Gestione clusterized
(CLVM)
• Maggiore flessibilità di
management
• Estensione dei concetti di
disco e partizione disco
• Layer di astrazione logica
– Physical volumes
– Volume groups
– Logical volumes
• Mapping linear/striped
• Creazione di Snapshots
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9. Il cluster del LAB4
• Topologia: GFS over GNBD-DAS
• 3 Nodi
ü 2 GFS nodes (GNBD Clients)
ü 1 GNBD Server
• Connessione tramite sola rete LAN
(lab4cluster).
• Import/Export di block device tramite
protocollo GNBD (Global Network Block
Device).
• Gestione clusterized dei volumi logici
(CLVM).
• Creazione e Montaggio del file system
tramite comandi standard unix/linux
(mkfs, mount).
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10. Fault Tolerance
Tecniche che permettono di far fronte ad un guasto nel sistema
(device, nodo, rete, …) senza che la serie di servizi o di risorse che
esso rende disponibile ne risenta:
• Multipath (SAN)
– Multiported (DAS)
• Mirroring
– Hardware (RAID)
– Software (LVM)
• Channel Bonding
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11. Conclusioni
• Analisi della gamma di file system distribuiti:
– Analisi di un ampia documentazione sul mondo dei file system
distribuiti, concetti e le potenzialità delle varie implementazioni.
• Creazione del cluster:
– Studio delle componenti software della infrastruttura cluster su cui
creare il file system distribuito.
• Realizzazione del file system distribuito:
– Analisi delle componenti software del file system distribuito (locking)
– logical volume manager
• Analisi delle tecnologie di fault tolerance:
– Multipath, Mirroring, Channel Bonding…
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12. Sviluppi Futuri
• Aggiunta di più server GNBD:
– Aumentare lo spazio di storage dedicato al file system
dividendo lo spazio su più server GNBD.
• Accesso al file system GFS anche dai nodi GNBD:
– Accesso al file system GFS anche dai nodi Server GNBD
(limitazioni).
• Realizzazione di un sistema pienamente fault tolerant:
– Implementazione di una delle soluzioni analizzate e relativi
test di tolleranza al failure dei componenti.
• Analisi delle prestazioni:
– Tra le varie topologie GFS.
– Tra vari file system distribuiti (IBM-GPFS, AFS, …).
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13. Fine.
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