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1 Impressum & Organisatorisches Vorlesung Basierend auf: Blueprints for Hugh Availability von Evan Markus und Hal Stern erste und zweite Ausgabe Evan Markus -> Veritas Hal Stern -> Sun ziemlich umfassend Script & Vorlesung von: Tomas Pospisek Script und Unterlagen unter: 1

2 Impressum & Organisatorisches Lesung -> Fragen -> Diskussion -> Pause Übung -> Diskussion -> Papier -> Compi? Kursverlauf je nach Interesse Knoff-Hoff des Dozenten vs. der Teilnehmer -> Diskussion, Beiträge 2

3 1: Intro Redundanzmöglichkeiten? Fehler? Fallback Szenarien? HA = = Hohe Verfügbarkeit 3

4 1: Intro Ziel: Dienst (Service) anbieten, so zuverlässig wie möglich. Messkriterium: ist Verfügbarkeit (Availability) des Dienstes in % (100% == immer verfügbar, 50% == Hälfte der Zeit) 100% unerreichbar wie viele 9en % 4

5 1: Intro HA nicht plug & play vor HA: - Dienst so implementieren, dass HA gar nicht erst nötig ist! - Ausfallszeit (downtime) bewerten: was kostet es, wenn der Dienst nicht verfügbar ist? - was geht verloren? - wieviel kann man sich leisten für den Schutz vor Dienstausfall auszugeben? HA ist ein fortlaufender Prozess! Testen!!! 5

6 1: Intro Verfügbarkeits-Index Basic System: Redundant Data: System Failover: Disaster Recovery: es hat Backups aber keinen HA Plan und nix RAID5 o.ä. Redundante Server Komplette Infrastruktur Spiegelung 6

7 1: Intro Überblick Kapitel 2 Kapitel 3 Kapitel 4 Kapitel 5 Kapitel 6 Kapitel 7 Kapitel 8 Kapitel 9 Kapitel 10 Kapitel 11 Kapitel 12 Kapitel 13 Kapitel 14 Kapitel 15 Kapitel 16 Kapitel 17 Kapitel 18 Kapitel 19 (Kapitel 20 Was ist Verfügbarkeit? Fehler-Ebenen Kosten von HA TODO: Politics of HA Designprinzipien für HA (und allgemein) Systeme - Backups Daten-Speichern SAN, NAS & Virtualisierung Netzwerke Datenzenter & Umgebung Menschen & Prozesse - TODO: Klienten & Konsumenten - Anwendungs-Zuverlässigkeit Daten & Web Services - Lokales Clustern & Failover - Failover Verwaltung & Probleme - Failover Konfiguration - Daten Replizierung - TODO: Virtuelle Maschinen & Ressourcen Verwaltung - Disaster Recovery) 7

8 2: Verfügbarkeit Messen 8

9 2: Verfügbarkeit Messen sind 99% Verfügbarkeit OK? 99% entspricht 1:41h Ausfall/Woche - kommt darauf an wann & wie verteilt! - Anforderungsdefinition! mit Failover: 2 Server à 99% ( primo, secondo ) -> theoretisch ist secondo während dem 1% Ausfallszeit von primo 99% verfügbar -> Totale Verfügbarkeit = (0.1 * 0.99) = 99.99% - in der Praxis? 9

10 2: Verfügbarkeit Messen jede Stufe in der vorhergehenden Tabell bedeutet Kosten von 5-10 Mal der vorhergehenden Stufe, wobei der Faktor von Stufe zu Stufe wächst Downtime: Benutzer kann seine Arbeit nicht zeitig erledigen 10

11 2: Verfügbarkeit Messen Ursachen von Downtime 11

12 2: Verfügbarkeit Messen Ursachen von Downtime bei Web Applikationen aus Causes of Failure in Web Applications, Soila Pertet und Priya Narasimhan, Dez. 2005, 12

13 2: Verfügbarkeit Messen Statistiken zeigen z.t. sehr unterschiedliche Resultate, bzw. Gewichtungen der einzelnen Ursachen Kosten von Ausfällen nicht eindeutig: - entgangene Einnahmen? - Produktivitätseinbusse? - direkte Kosten: Haftung für Service Qualität - Ruf/Image? -... bei welchen all dieser Ursachen ist es effektiv/effizient diese abzudecken? welche sind sinnvoll abzudecken? ist es möglich diese abzudecken? wieviel bringt's? 13

14 2: Verfügbarkeit Messen Ursachen von Downtime : Geplanter Ausfall: - SW Upgrade - HW Erweiterung Lösungmöglichekit: mit Failover Rollen wechseln, upgraden. Effizient? oft pluggable Menschen: - Fehler! Ausbildung, KISS, klare Prozesse HW: - beinhaltet auch Stromausfall SW:

15 2: Verfügbarkeit Messen Was ist Verfügbarkeit? MTBF A = (MTBF + MTTR) (in %) MTBF = Mean Time Between Failures MTTR = Mean Time To Repair 15

16 2: Verfügbarkeit Messen Was bedeutet z.b %? SCSI Laufwerke (2004): ~ 1'200'000 h ~ 160 Jahre! 2006: 1'400'000 h Garantie jedoch nur 5 Jahre! SATA IDE Laufwerke (2004): ~ 600'000-1'200'000 h 2006: 1'200'000 h 1'200'000 = 0.99'9999 1'200'00 + MTTR -> MTTR = 1.2h! guter CPU Lüfter: 50'000 h ~ 6 Jahre -> MTTR = 3 min Quelle: erste Seite Google: SCSI Fan MTTR 16

17 2: Verfügbarkeit Messen M is for Mean Schnitt, jedoch Standardabweichung, Verteilung? - Lebensdauer: 1, 1, 1, 1, 46 ergibt Mittel von Ruf bei Kunden/Öffentlichkeit kann auch bei ojektiv sehr guter Verfügbarkeit einen grossen Schaden nehmen, wenn der Ausfall in einem schlechten Moment passiert 17

18 2: Ausfallsmodi Hardware v.a. bewegliche oder komplexe Teile, Teile mit engen Toleranzen, hohe Geschwindigkeiten: - HDs - Bänder - Lüfter Umgebungs- und Physikalische Ausfallursachen System-externe Faktoren oft unterbewertet teilweise Standby System nutzlos, da ganze Umgebung betroffen ist Stromausfälle, Brownouts Kühlung/Luftaufbereitung Feuerlöschsystem Feuer etc. 18

19 2: Ausfallsmodi Netzwerk-Ausfälle sehr viele Komponenten beteiligt die meisten nicht unter eigener Kontrolle - Netzwerk-Administration oft von System Administration getrennt - Upstream etc. DOS / Eindringlinge Viren 19

20 2: Ausfallsmodi DB-System Ausfälle DB stürzt ab DB hängt Ressourcen gehen aus DB Index korrupt 20

21 2: Ausfallsmodi Web-Server Ausfälle rel. junge Software schnelle Entwicklung komplex Benutzer wechselt zu anderem Anbieter File & Printserver Ausfälle Basis vieler SW 21

22 3: Der Wert von Verfügbarkeit Kosten von Downtime verlorene Benutzerproduktivität verlorene Aufträge überzogene Termine keine Auslieferung möglich 22

23 3: Kosten/Risiko Abwägung Stufen der Verfügbarkeit 1. Stufe: reguläre Verfügbarkeit Probleme lösen sobald sie auftauchen 2. Stufe: erhöhte Verfügbarkeit Datenschutz -> Datenspiegelung, RAID etc. 23

24 3: Kosten/Risiko Abwägung Stufen der Verfügbarkeit (ff.) 3. High Availabililty Redundante Server -> Cluster womöglich alles doppelt 99.98% und mehr erreichbar Netzwerkdesign Support Systeme System & Netzwerkadministration einbezogen Audit, um sicher zu stellen, dass alle Eventualitäten berücksichtigt wurden (-) Komplexität (-) Verwaltung wird schwieriger (-) Kosten 24

25 3: Kosten/Risiko Abwägung Stufen der Verfügbarkeit (ff.) 4. Disaster Recovery Infrastruktur an mehreren Orten gespiegelt Prozeduren für Umzug Wer macht was, Verantwortlichkeit Personal an mehreren Orten etc. Fehlertollerante Systeme System komplett redundant oder mehrfach aufgebaut Fehler werden mittels Mehrheitsentscheidungen erruiert fehlerhafte Komponenten vom System isoliert theoretisch kein Hardware bedingter Ausfall möglich sehr teuer 25

26 3: Kosten/Risiko Abwägung Abwägen von Risiken und Chancen Komponenten schützen, die: am häufigsten ausfallen am schwersten zu ersetzen sind bzgl. Erwerb & Einbau bei Ausfall den grössten Einfluss haben intelligente Komponenten verwenden, welche auf Ausfälle reagieren können: - Ventilator fällt aus -> System fährt runter Daten zuerst schützen, Zugang zu Daten als nächstes 26

27 3: Kosten/Risiko Abwägung Die wichtigsten Punkte: Komponenten können ausfallen. Dies sollte entsprechend berücksichtigt und geplant werden Vorsicht vor Durchschnittswerten, Maximalwerte sind besser: - längste Ausfallsdauer, die man verkraften kann - worst-case Zeit um ein Problem zu beheben Sowohl Schutz als auch Downtime kosten Geld -> abwägen 27

28 5: Zwanzig grundlegende Design-Prinzipien #20: Geld ausgeben, aber nicht blindlings Qualität kostet Prioritäten setzen Return on Investment #19: Nichts voraussetzen keine out of the box HA! Situationen definieren und austesten sicherstellen, dass alle Beteiligten Problematik überblicken -> Ausbilden 28

29 5: Zwanzig grundlegende Design-Prinzipien #18: Single Point Of Failure entfernen schwächstes Glied der Kette Iteration #17: Streng auf auf Sicherheit achten Datenkorruption verhindern #16: Server Kosolidieren weniger Teile 29

30 5: Zwanzig grundlegende Design-Prinzipien #15: Häufige Aufgaben automatisieren weniger Fehler #14: Änderungs-Kontrolle Einhalten alle relevanten Gruppen sollten Änderung & Zeitplan absegnen Risiken angeben, Rückzugsstrategie #13: Alles Dokumentieren Audit Trails Dokumentieren für: - SA selbst: was, warum, wie? - Nachfolger/Mitarbeiter schlechte Doku ist schlimmer als keine - während Stresssituation wird Doku blindlings gefolgt Book of Evan : Tradition, dass abgehende Mitarbeiter letzte 2 Wochen alles für Nachwelt dokumentieren Offline speichern 30

31 5: Zwanzig grundlegende Design-Prinzipien #12: Service Level Agreements welche Verfügbarkeitsstufen? Verfügbarkeits-Zeiträume: welche kritisch? wo, wie verfügbar? Prioritäten (wer, wo zuerst im Fall der Fälle) Escalation Reihenfolge #11: Vorausplanen Ausnahmezustände und Krisen vorausplanen Unbekannte Situation planen: Zuständigkeiten - Alternative ist alles sofort jetzt flicken wenn's brennt -> Chaos offline dokumentieren 31

32 5: Zwanzig grundlegende Design-Prinzipien #10: Alles Testen Krisen Pläne Applikationen OS HW alle Änderungen: HW/SW/Prozeduren Tests in so produktions-ähnlichen Umgebungen wie möglich wenn möglich von Usern auf allen Ebenen testen, Ende-zu-Ende Tests regelmässig wiederholen 32

33 5: Zwanzig grundlegende Design-Prinzipien #9: Separate Umgebungen unterhalten Netze Computer User 1. Produktion Änderungen nur unter kontrollierten Bedingungen alles muss zu jeder Zeit funktionieren wenn etwas nicht funktioniert muss es einen Weg geben zu einer Version zurückzukehren, die funktionierte Änderungen müssen reibungslos, ohne Unterbrechung durchgeführt werden 33

34 5: Zwanzig grundlegende Design-Prinzipien #9: Separate Umgebungen unterhalten (ff) 2. Produktions-Spiegel Kopie der Produktion für Rollback Spiegel wird erst upgedated, wenn bewiesen ist, dass die Produktion korrekt funktioniert (Regressions-Tests?) 34

35 5: Zwanzig grundlegende Design-Prinzipien #9: Separate Umgebungen unterhalten (ff) 3. Quality Assurance Testumgebung für Applikationen welche als produktionsreif angesehen werden kontrollierte Änderungen 4. Entwicklung kann fehlerhaft sein 5. Labor Freestyle, Spielwiese 6. Disaster Recover Räumlich weit von den anderen entfernt 35

36 5: Zwanzig grundlegende Design-Prinzipien #8: Geschichte des Systems überwachen Aufzeichnungen behalten MTTR notieren wie verbessern? was war Ursache des Ausfalls? häufige Probleme zuerst angehen 80/20 Faustregel: - 80 % der Probleme aufgrund von 20% der Ursachen 36

37 5: Zwanzig grundlegende Design-Prinzipien #7: Wachstum einplanen Gesetz von Boyle-Mariotte : Gas dehnt sich aus bis es den ganzen Raum auffüllt entsprechend planen #6: ausgereifte SW einsetzen Know How Benutzerbasis Support jedoch Open Source: - grosse Benutzerbasis - viele Entwickler - einfach zu erhalten - einfach Fehler zu beheben 37

38 5: Zwanzig grundlegende Design-Prinzipien #5: zuverlässige und einfach wartbare HW einsetzen Ersatzteile verwalten alternative Zulieferer haben #4: Konfigurationen wiederverwenden 3 oder 4 Konfigurationen (klein, gross, mittel) einfacherer Support: - weniger HW/SW Permutationen - weniger zu lernen - weniger kann kaputt gehen vorgetestete Konfigurationen: - mehr Vertrauen - zuverlässiger - nur Unterschiede müssen getestet werden Einkaufen in grossen Mengen weniger Ersatzteile 38

39 5: Zwanzig grundlegende Design-Prinzipien #3: externe Ressourcen nutzen jemand hat (fast) jedes Problem schon gelöst - Skripts - Google... Berater unabhängige aber v.a. Hersteller - sicherstellen dass Know-How Transfer stattfindet! Trainingsangebote (der Hersteller) nutzen #2: ein Problem -> eine Lösung Werkzeuge nicht in etwas reinmurksen #1: KISS Mehrdeutigkeit aus System entfernen 39

40 6: Backup und Restore grundlegende Regeln für Backups die wichtigste Aufgabe für HA Spiegelung ersetzt Backups nicht (Datei gelöscht...) regelmässig Restores versuchen off-site lagern Hot Backups (auch von DBs) optimal: keine Unterbrechung Konsistenz Zwischencache für Daten damit sich diese während Backup nicht ändern DB writelock NT ist gelockt, wenn Dateien offen sind Unix -> mehrere Durchgänge über FS FAM/inotify 40

41 6: Backup und Restore Fortgeschrittene SW Features Copy-On-Write Schnappschüsse Schnappschusszeit festlegen danach werden überschriebene Blöcke auf die Seite getan, damit man den festgehaltenen Zustand Backupen kann 41

42 6: Backup und Restore Backup Bänder & Daten Verwalten physischen Zugang zu Bändern beschränken Bänder magnetisch löschen, bevor sie weggegeben werden Übermittlung von Backupdaten verschlüsseln keine unerlaubten Benutzer-Restores erlauben Bänder die Firma verlassen schützen Bänder nicht offsite speichern (MTTR wird grösser) 42

43 6: Backup und Restore Restores schnellerer Restore <-> langsamerer Backup schnellerer Restore: - weniger inkrementelle Backups - Bänder erreichbar halten -> MTTR - schnellsten Pfad verwenden (Disk->Band) - am besten gar nicht Restores machen (online Snapshots) Achtung: Restores können mehr Daten als Speicherplatz enthalten (alte Dateien) 43

44 6: Backup und Restore die wichtigsten Punkte Backups sind die letzte Verteidigungsline -> Priorität! zuverlässige SW Zeitfenster beachten (reicht Zeit zwischen Backups überhaupt aus?) HDs sind kein Ersatz für Bänder hat die SW die Features, die man braucht 44

45 7: Hochverfügbare Datenverwaltung HDs sind die kritischsten Komponenten eines Computersystems? 45

46 7: Hochverfügbare Datenverwaltung HDs sind die kritischsten Komponenten eines Computersystems fallen am häufigsten aus enthalten das wertvollste Gut: Daten Daten schützen Datenzugang schützen Datenspeicher-Modell: 1. physische Festplatten 2. Hardware RAID 3. Software RAID/Volume Management 4. Filesystem oder Raw Device 5. DB 6. Applikation 46

47 7: Speichertechnologie SCSI Small Computer Systems Interface sollte während Gebrauch nicht ausgesteckt werden -> Datenverlust rel. wenig Geräte kleine Distanzen Fibrechannel hoher Durchsatz viele Geräte 2 km Distanz, mit Repeatern bis zu 10km Netz Geräte sind elektrisch unabhängig -> können ausgesteckt werden benutzt SCSI Protokol 47

48 7: Speichertechnologie Multihosting Gerät an zwei Systemen angeschlossen typischerweise kann jedoch nur ein System schreiben Failover Multipathing Disk oder Diskarray über verschiedene Pfade erreichbar mehr Durchsatz JBOD Just a bunch of Disks ohne HW-Intelligenz zwischen den Disks 48

49 7: Speichertechnologie Hot-pluggable Disks d.h. während regulärem Betrieb keine Downtime für Host oder andere Disks Warm-pluggable Disks d.h. bei angeschaltetem Gerät jedoch ohne Daten-Verkehr nur einige Disks sind von Wechsel betroffen Hot-spares als Reserve ans System angeschlossen bei Diskausfall Daten auf Hot-spare rekonstruiert Write-Cache schneller ohne Batterie-Backup -> Datenkorruption Bei ACID über mehrere Systeme problematisch -> Synchronization 49

50 7: Speichertechnologie SAN Storage Area Network Speicherpool auf den verschiedene Hosts zugreifen können intern RAID zentralisierte Allokation & Verwaltung Multipath effizienter Ressourceneinsatz - z.b. teuere Bandlaufwerke für alle erreichbar Backups ohne LAN Belastung 50

51 7: Speichertechnologie SCSI vs. Fibrechannel FC ist in komplexen Konfigurationen: billiger einfacher zuverlässiger 51

52 7: Speichertechnologie RAID HW SW -> CPU Belastung RAID basiert auf verschiedenen Stufen von Datenredundanz RAID-0: Streifen (Striping) Speicherplatz wird in Streifen aufgeteilt und diese Streifen sequentiell auf Platten verteilt höherer Durchsatz Verfügbarkeit sinkt! 52

53 7: Speichertechnologie RAID-1: Spiegelung (Mirroring) nicht nur auf 2 Platten limitiert! - bei mehr als 2 können überzählige Platten als Produktions-Daten für Entwicklung oder QA oder Disaster Recovery verwendet werden oft keine Master/Slave Beziehung: - Lesen von beiden Platten prallel am sichersten RAID-0-1, 1-0, nicht so sicher wie oft auch als 10 bezeichnet RAID-2: Hamming Encoding jedes Wort wird über mehrere Disks verteilt + ECC Disk nur so schnell wie die langsämste Disk grosse Bandbreite 53

54 7: Speichertechnologie RAID-3, 4, 5: Parity RAID Daten werden in Blöcke unterteilt und diese Blöcke über die Disks gesteift ein Paritätsblock (XOR aller Streifen eines Blocks) eine ausgefallene Platte kann neu errechnet werden jede Platte muss glech gross sein Schreibvorgang langsam, da Parität aus allen Streifen errechnen Wiederherstellung einer Disk teuer 54

55 7: Speichertechnologie RAID-3: Block in Streifen ein zu schreibender Block wird in n Streifen aufgeteilt. Streifen wird auf entsprechende Platte geschrieben letzte Platte enthällt Parität. jeder Diskzugriff berührt alle Platten kleine random-access Schreibzugriffe sind langsam HW Systeme haben Cache RAID-4: Paritätsblock auf dedizierter Platte ein Block pro Platte letzte Disk enthällt nur Parität entsprechend hat diese Platte den grössten Verschleiss Paritätsplatte ist bei Schreibzugriffen Flaschenhals HW Systeme haben Cache RAID-5: Parität verteilt über alle Platten kein Flaschenhals 55

56 7: Speichertechnologie HW RAID beeinträchtig den Host nicht die virtuelle Disk sieht genau wie ein logical Unit (LUN) aus sowohl stand-alone als auch intern nicht so flexibel wie SW SPOF Software RAID flexibel CPU Belastung billig 56

57 7: Speichertechnologie Disk Arrays haben meist Cache fahren intern RAID weitere mögliche Features: Wide Area Data Replication - normal ist Remote read-only intelligente Busse - können automatisch Host isolieren parallele Busse - single Host via verschiedene Busse - höherer Durchsatz - Fallback Verbindung zu vielen Hosts auf einmal -> SAN hot pluggable Disks hot Spares 57

58 7: Speichertechnologie Welches ist die Patentlösung Integration von Ebenen: - HW RAID in Arrays - SW Striping zwischen Arrays - LVM für Verwaltung Komplexität? Kosten? 58

59 7: Festplattenplatz & Dateisysteme Boyle's Gesetz -> generell Ressourcen und Speicherplatz überdimensionieren: - Platz auf Disks - Stecker am RAID Controller - Steckplätze an Backplane - an den Käbeln - im Rack, bzw. im Disk Array, bzw. Disk-Slots - Bodenfläche im Datenzenter - ausreichend Kühlkapazität - genügend Strom-Leistung - Reserveplatz in Kabelleitungen hot-pluggable Disks alle Kosten in Wachstumsplan einrechnen volles FS -> Verfügbarkeit nicht gegeben 59

60 7: Festplattenplatz & Dateisysteme Was passiert, wenn ein LUN (z.b. Array) voll ist? vorausplanen! LVM hot-pluggable Disks ansonsten runterfahren, erweitern, testen Alternativen: - Merge-Mount - FS in mehrere Mountpoints unterteilen 60

61 7: Festplattenplatz & Dateisysteme Disks und Volumes hochverfügbar halten: redundante Datenpfade & Kontroller redundante Disk-Array HW Racks - darauf achten, dass redundante HW nicht im gleicher Rack ist Kabel - verschiedene Pfade von Kabeln - Kabel anmachen Stromversorgung - verschiedene Stromquellen 61

62 7: Festplattenplatz & Dateisysteme Filesystem Wiederherstellung: moderne OS haben Cache -> OS/Maschinen Crash -> FS Korruption möglich FS Check geht lange: ~1min/GB kleine FS besser Journaling FS 62

63 8: SAN, NAS & Virtualisierung SAN exportiert virtuelle Disks NAS exportiert Filesystem Warum SANs? Zentralisierung & Konsolidierung - Komplexität der Speicherverwaltung wird reduziert - Speicherverwaltung wird flexibler Teilen von Daten - geclusterte Filesysteme - Failover tiefere Netzwerkbelastung effizientere Backups jedoch Kompatibilität zwischen Produkten? 63

64 8: SAN, NAS & Virtualisierung SANs oder NAS SAN zentralisiert - Backups - Verwaltung SAN komplexer SAN immer noch in Entwicklung NAS über mehr Protokolle (NFS->TCP->IP->Ethernet): - tiefere Leistung? SAN macht Mirroring etc. einfacher SAN grössere Distanzen 64

65 8: SAN, NAS & Virtualisierung Speicher Virtualisierung virtuelle oder logische Disks virtuell FS (NFS, CIFS,...) virtualisierung -> flexibler: - Management - Verfügbarkeit (Mirroring, Parität) - keine Grössenlimiten (Aggregation) - Performance (Striping) 65

66 9: Netzwerke wie fallen Netzwerke aus? wie findet man heraus, ob eine Situation korrigierbar ist? was kann man tun? Netzwerkprobleme schwer mit Sicherheit bestimmbar: - vorübergehende Netzüberlastung - IP ist selbstheilend/routet um Probleme herum 66

67 9: Herausforderungen für Zuverlässigkeit von Netzwerken Bisher: alles unter Kontrolle Netzwerk: verteilt, teils keine SPOFs, unterliegt Kräften von aussen Schwierig zu definieren wo Netz ist was wird gemessen? verschiedene Teile von verschiedenen Entitäten kontrolliert Netzwerkzugang ist nicht so sicher wie er sein sollte freie Netzstecker & Fremde mit Laptops falsch konfigurierte Geräte falsche Netzwerkkäbel 67

68 9: Erkennung & Behebung Ausfall von physischen Geräten netstat -i -> keine Erhöhung der Paketzählung -> Fehler-zähler -> Input Zähler zentrale Maschine (SA's?) pingen -> Wechsel auf redundantes Netz Ausfälle auf IP Ebene gleiche/falsche IP Adresse -> ARP Race falsche DNS Einträge -> Prozesse verbessern, damit dies nicht passiert 68

69 9: Erkennung & Behebung Aufälle über Routing Informationen asymetrische Routen unvollständige oder nicht korrekte Routing Einträge -> traceroute Ausfälle durch Überlast kann auch DOS sein Paket-Drop übermässiger Point-to-Point Verkehr (Ethernet ausgelastet) Broadcast Pakete: - UDP: RIP, DHCP, NIS das Server sucht,... - ARP - SMB/CIFS/NetBIOS - Host hat Broadcast Adresse multicast Verkehr 69

70 9: Erstellen von redundanten Netzen Redundante Netzwerk-Anbindungen mehrere Verdindungen an ein Netzwerk entspricht assymetrischer HA Anbindung an mehrere Netze entspricht symetrischem HA im Prinzip beide Netzwerke nutzbar jedes Interface eigene IP -> Round-Robin DNS Load-Balancing übert 2 IP Adressen: - problematisch für einzelnen Client (NFS) Applikation gebunden an IP ansonsten müssen alle Hosts/Router Netz wechseln 70

71 9: Erstellen von redundanten Netzen Interface trunking mehrere Interfaces zusammennehmen Switch muss dies unterstützen IP Routing Redundanz RIP update: 30s TCP sind Routen egal: - jedoch Time-Out (2h) - Switch-Over während Verbindungsphase -> Fehler - temporär asymmetrische Routen Netzwerke mit nur einem Ausgang vermeiden mehr als eine default Route automatische Failovers mit Scripts: - Ausfall erkennen und Routen ändern 71

72 9: Loadbalancing & Umleitung Round-Robin DNS IP Redirection Zustandsinfo? Teilweise dienen Loadbalancer als TCP Proxies http NAT/LB 72

73 9: Netzwerk Zuverlässigkeit Netzwerk Dienst Abhängigkeiten (ff) DNS, LDAP,... Abhängigkeits-Graph muss azyklisch sein ansonsten Deadly-Embrace Dienste an der Wurzel sollten repliziert & verfügbar sein sollten gut überwacht werden Ressourcen auf diese konzentrieren SPOF entfernen Überwachungs-Werkzeuge sollten stand-alone sein: - route -n 73

74 9: Netzwerk Zuverlässigkeit Zentrale Dienste härten nie nur einen Server haben (Master/Slave für DNS...) sollten nahe bei Clients stehen in /etc/resolve.conf mehrere Server eintragen Failover-Plan entwerfen: /etc/hosts im Falle einer Katastrophe verwenden 74

75 9: Netzwerk Zuverlässigkeit die wichtigen Punkte Kosten und Komplexität abwägen, da alle Systeme davon betroffen sind manueller Failover? fundamentale Netzwerk-Dienste müssen zuverlässig sein 75

76 10: Datenzenter & Umgebung Datenzenter & Racks zentralisierte Ressourcen: (+) Stromversorgung (+) USV (+) Sicherheit (+) erhöhte Böden (+) Klima (+) Ordnung (+) effiziente Raumausnutzung (-) beschränkter Platz (-) Kabelsalat (-) Umbau schwierig (-) SPOF (-) zu viel physische Sicherheit 76

77 10: Datenzenter & Umgebung Umgebungs & Physische Einflüsse Cola (oder Flüssigkeit der Klimaanlage) über Rack ausleeren Sicherheit & Zugang einfacher Zugang -> kurze MTTR -> jeder kann reinlaufen und... Elektrizität SPOF USV dimensionieren, kontrollierter Shutdown Käbel beschriften Käbel nicht anbinden redundante Kanäle 77

78 10: Datenzenter & Umgebung Kühlung und Umwelteinflüsse Temperaturüberwachung mit Eskalation Systeme sollten sich abschalten Backup Lüfter Wasser, Feuchtigkeit: Detektoren -> Eskalation Feuer... Namenswahl einfach! 78

79 11: Menschen & Prozesse weichere Bereiche: - Prozesse - Menschen Unterhalt (Änderungen!) sollte kleinst möglichen Einfluss auf System haben Unterhaltspläne und Prozesse Unterhalt mit Hilfe von Failover durchführen immer: - schlimmsten Fall einplanen - nie Änderung durchführen ohne Plan für Wiederherstellung des alten Zustandes zu haben - evtl. zweites System haben, aus dem man Teile entleihen könnten, im Falle, dass was kaput geht - Peer Review - Folgen auf Umgebung bedenken 79

80 11: Menschen & Prozesse System-Änderungen alle Änderungen dokumentieren: - wer, wann, was, warum eine Änderung auf's Mal Verteilung von Dateien automatisieren SW Patches vorsichtig, Schritt nach Schritt nur wenn nötig zuerst rumhören 80

81 11: Menschen & Prozesse Ersatzteil Regelung Teile die am häufigsten ausfallen auf Lager halten: - HDs, Lüfter, Netzteile Teile die am schwersten zu beschaffen sind auf Lager halten Ersatzteile testen, sobald sie ankommen merherere Zulieferer Präventiver Unterhalt HW wird krank bevor sie stirbt: - Logs, Fehlermeldungen VERITAS Lookout für Sun, NT,... 81

82 11: Menschen & Prozesse wichtige Zulieferer wählen Rumhören, was Leute sagen - mit Referenzen reden Support austesten: - kommen die Informationen zu einem oder muss man bohren - Vor Ort Service - Patches - Bug policy - Ursachenanalysen bei Zulieferer bleiben Anzahl Zulieferer beschränken Eskalation Management des Kundendienstes kennen Eskalationsprozess kennen 82

83 11: Menschen & Prozesse Sicherheit FW Verschlüsselung starke Passwörter Passörter schützen, nicht an Dritte geben Administrativen Zugang beschränken kein root Login Auditing ermöglichen kritische Passwörter an mehreren Orten (Hirnen) lagern ist der Ort selbst sicher? 83

84 11: Menschen & Prozesse Dokumentation Details, Konzepte Doku: - bei Krise - wie, was, wo: Applikationen, Services - wie neue Server, Services, Clients - Monitoring - Netzlayout - Geschichte Sicherheit: Doku ist nicht für jeden 84

85 11: Menschen & Prozesse Interne Eskalation 24*7 Vertreter entfernter Zugriff Schlüssel und Zugangstokens... Trouble Tickets die wichtigsten Punkte schlechte Doku, Ausbildung, Tests sind minestens so schlimm wie schlechte Technologie Datazenter sind gut Verhältnis zu Zulieferern SAs sind wichtig Sicherheit 85

86 12: Klienten & Konsumenten keine Clients -> keine Verfügbarkeit Elimination von Clients als SPOF Wiederherstellung eines Clients Client Backup PCs mit grossen Disks sind grösster SPOF für Datenverlust Lösungen: - über Netzwerk-Verzeichnis synchronizieren - automatische Backups bei Wiederanschluss - intelligent, kopieren nicht alles - etc. 86

87 12: Klienten & Konsumenten Clienten Herstellung im Falle, dass ein Client ausfällt sollte Ersatz da sein automatische Herstellung von Clients: - System, Apps, Configs, Bookmarks... Thin Clients Server muss redundant sein Applikationen müssen Failover überstehen 87

88 12: Klienten & Konsumenten Tolerieren von Daten-Service Ausfällen für einen Client sieht ein Failover wie ein Reboot aus meiste DB Applikationen verbinden neu, Rollforward File Server Client Wiederherstellung: NFS Soft Mounts per default: hard mount -> nochmals versuchen soft mount vermeiden! 88

89 12: Klienten & Konsumenten Datenbank Applikations-Wiederherstellung wiederverbinden (Transaktionen überprüfen, Authentifizierung) Web Client Wiederherstellung stop, reload Formulare -> Browser fragt, ob er Seite nochmal senden sollte -> Zustand in DB SSL reconnect oder Frontend SSL Loadbalancing Server 89

90 13: Applikations-Wiederherstellung was macht die Applikation, wenn ein darunterliegender Dienst nicht mehr versagt? welche sonstigen Sachen können innerhalb einer Applikation schief gehen? Übersicht Applikations-Wiederherstellung Applikationen können durch Failover verwirrt werden für einen Client sieht ein Failover wie ein Reboot aus: - neu verbinden - Operationen, welche in der Ausführung waren wiederholen - weitermachen 90

91 13: Applikations-Wiederherstellung Techniken für Applikations-Wiederherstellung Erkennen & Wiederversuchen -> Promt Abort, Retry, Fail sanftes Herunterfahren: - Daten in konsistentem Zustand hinterlassen - den Benutzer darüber informieren: - was passiert ist - wie weiter crash, burn, restart von checkpoint starten an nächste Instanz eskalieren -> menschliche Interaktion 91

92 13: Applikations-Wiederherstellung Wiederverbinden mit der DB eine gute Applikation wird neu verbinden Transaktion wiederholen - evtl. Überprüfen, ob Transaktion angekommen ist - Rollback/Forward -> Benutzer Interaktion! Probleme: - Client crasht, wenn keine Verbindung mehr da ist - Benutzer muss neu einloggen - komisches Schweigen der Applikation -> Feedback! Netzwerk Probleme Netzwerkprobleme sollten kurzlebig sein: -> warten und nochmals probieren 92

93 13: Applikations-Wiederherstellung Entwickler Hygiene Rückgabewerte überprüfen: - Schreibzugriffe sind gebuffert -> Fehler kommt erst nach nächstem Schreibzugriff - close gibt letzten Fehler zurück Grenzbedingungen prüfen: - Eingaben prüfen - Test-Werkzeuge verwenden - Test-Fälle logische Wert-Prüfung - Busines Logic Logging Unterstützung - Logs klar verständlich machen (durch Menschen lesbar) - Zeitstempel - nicht zu viele Logs 93

94 13: Applikations-Wiederherstellung Entwickler Hygiene (ff) Nichts annehmen, alles behandeln - vorsicht vor schnellen Hacks 94

95 13: Applikations-Wiederherstellung: Prozesse Redundante Dienst-Prozesse so wenig Zustand wie möglich ansonsten Zustand in DB Multicast von Prozess Status nützlich, wenn Applikation Transaktions-Zustand im Hauptspeicher behalten muss wie sieht's mit Latenz aus bei Last? Checkpoints nützlich, wenn Prozesse lange laufen (Simulationen,...), damit diese neu starten können 95

96 13: Applikations-Wiederherstellung die wichtigsten Punkte Applikation müssen Ausfälle von Daten-Diensten überstehen. Warten, wieder versuchen externe Bedingungen müssen verstanden, und man muss mit diesen auskommen können sorgfältige Entwicklung 96

97 14: Daten-Dienst Zuverlässigkeit: DB was passiert mit DB, HTTP, NFS, wenn der Server abstürzt? Network File Services für Client sehen Server- oder Netzunterbruch gleich aus: -> schickt Anfrage noch Mal NFS Server Einschränkungen Client wird an Fallover wieder-anbinden, falls gleiche IP/hostname/FS-Nummer Gentleman's Dateilocks rpc.statd: - befreit Locks bei Crash einer der beiden Seiten - Client Crash -> Server löst Lock auf - Server Crash -> nach Reboot hat Client Zeitfenster um Lock neu zu setzen sicherstellen, dass Status-Information von lockd/statd auch auf geteilten Disks liegt! 97

Impressum & Organisatorisches

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