Februar 2011, KIT SCC, Karlsruhe

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1 Aspekte der Langzeitarchivierung Florian Schintke, Zuse Institut Berlin Florian Schintke, Zuse Institut Berlin Februar 2011, KIT SCC, Karlsruhe

2 ZIB Kurzvorstellung Supercomputing SGI Altix: 13,000 CPU Cores, 150 TFlop/s, 64 TB Hauptspeicher, 810 TB paralleles Dateisystem, > 10 PB Bandspeicher Storage SAN > 1,000 TB Datenarchivierung 3 Sun STK SL8500, 18,000 Slots, 38 Laufwerke DMF (Cray), HSM/Tivoli (IBM), SAM FS (Oracle/Sun) 15,300 Bänder Netzwerk Management Verwaltung des Berliner Metropolitan Area Network (BRAIN) auf dedizierten LWL HMI Uni Potsdam Charité FMP BBB BA Reinickendorf FU / HU BA Weissensee DHM TFH RKI BA Wedding HU Charité BA Hohenschönh. BA Prenzl.Berg IPK BA Spandau BA Tiergarten ISST MPG UdK FIZ T-Nova PTB HU Rotes Rathaus SPK FOKUS Charité BA Lichtenb. BA Charlottenburg WIAS TU GWZ BBAW WissF Altes BA Friedrichsh. BA Friedrichsfelde Stadth. WiKo SPK DFN DIPF FHW IZW WZB UdK BA Kreuzberg BA Wilmersdorf TFH FHTW FHTW RKI ITDZ BA Schöneberg BA Treptow FHW BA Neukölln SPK MPG Charité FU DIW TU FU/ZIB FHTW BA Steglitz FU BAM BA Köpenick Charité BA Zehlendorf HU ZMO Bessy WISTA FU Lankwitz FIRST FU DeTeLine MBI Routerstandorte / BRAIN Backbone Behördenstandorte Wissenschaftsstandorte LWL-Strecken in Planung Florian Schintke 2

3 Datenmanagement am ZIB Service Archivierung von Hochleistungsrechnungen (seit 1989) o klassische Communities wie Klimaforschung, CFD, & QCD Speicherung von Daten von D Grid Projekten o Datenmanagement, z.b. mit SRB & irods LZA Projekte Betrieb Archivroboter (StorageTek / Oracle, Sun) Forschung & Entwicklung Cloud Filesystem XtreemFS o entwickelt im Rahmen EU FP7 XtreemOS, Contrail o Produktiveinsatz in Projekten (MosGrid, AstroVDZ, Kinemathek, ) verteilter, skalierender, ausfalltoleranter Key Value Store Scalaris Florian Schintke 3

4 Langzeitarchivierung Wir wissen warum Stadtarchiv Köln Anna Amalia Bibliothek Weimar Florian Schintke 4 4

5 Langzeitarchivierung (LZA) physikalisch Bitstream Preservation Redundanz, äußere Einflüsse, Medienverfall, Technologiewechsel logisch technisch h i h inhaltliche li h Stabilität Formate, Software, Konvertierung, Metadaten, Emulation intellektuell Data Curation Verständlichkeit, Umgangsprozess, Datensammlungen, Verlinkung, Anreicherung Florian Schintke 5

6 Herausforderungen für LZA Langzeitarchivierung i Zeitachse beachten wie sieht der Datenzugriff in 2100 aus? Einschränkungen durch physiko chemische Prozesse Lebensdauer der Lesbarkeit auf den Medien Herstellerangaben (MTTDL): keine verwertbare Information o umgrößenordnungenzu optimistisch o neue messbare Metriken (z.b. Bit Lebenszeit) notwendig technischer Innovationszyklus ca. alle 2 3 JahreneueLaufwerks / Band Generation Herstellerabhängigkeiten Migrationsstrategien Florian Schintke 6

7

8 Rollen eines LZA Providers (I) Archivierung Speicherung der Rohdaten + Metadaten Schwerpunkt: Bit Preservation Zugriffskontrolle / management Auditing, Monitoring Ressourcenmanagement auf unterer Ebene: Zugriffspfade Replika an geographisch verteilten Standorten wünschenswert keine Interpretation derdaten Datenformate sind egal ein Bitstrom wird gespeichert Anwendungen/obere SW Schicht sollte Daten interpretieren (üblicherweise) keine Erzeugung von Metadaten rechtliche Aspekte müssen vorab geklärt sein Florian Schintke 8

9 Rollen eines LZA Providers (II) Zugriffsdienste Konfiguration + Betrieb von Zugriffsdiensten Nutzung der Erfahrungen aus Grid Projekten möglich Metadaten Management Definition ist getrieben durch Community Inhalte, Strukturen, Standards d Provider kann technisch Prozess begleiten daher bislang nicht typische Aufgabe des LZA Provider, wenn mehrere Communities unterstützt werden aber: Betriebdes Ingest Service möglich/nützlich Florian Schintke 9

10 LZA Projekte am ZIB Max Planck Institut für Gravitationsphysik (Albert Einstein Institut) Deutsches Archäologisches Institut Deutsche Kinemathek Museum für Film und Fernsehen Astrophysikalisches Institut Potsdam weitere: FIZ Chemie, HLRN II, Lattice QCD, Florian Schintke 10

11 Redundanz Mehrere Kopien Datenexplosion >2 Kopien möglich? Mehrere Standorte? Kodierung Checksummen RAID5 Wiederherstellung dauert bald zu lange! Verfügbarkeit während Reparatur: RAID 5 + 1, MTTF je Platte: 8 Jahre Einzelplatten IO Rate Reparatur Verfügbarkeit Neunen kapazität MB/s Dauer h beim Repair in % 250 GB , TB , TB ,02 1 Lösung: RAID 6 (zwei Redundanzpatten, bis zu zwei Ausfälle) Erasure Codes (kommt für XtreemFS) Florian Schintke 11

12 Dateisystem Landschaft PC Network FS/ Centralized Cluster FS/ Datacenter Internet ext3, ZFS, NFS, SMB Lustre, Panasas, NTFS AFS/Coda GPFS, CEPH... Grid File System GFarm GDM "gridftp" Florian Schintke 12

13 Cloud Filesystem: XtreemFS Eigenschaften objektbasiert POSIX kompatibel verteilt repliziert striping Implementation MRCs getrennt von OSDs Client bildet die Brücke GPL Florian Schintke 13

14 XtreemFS: Einsatz in Projekten MosGrid WAN Zugriff auf Moleküldatenbanken Grid Zertifikate, Datenverschlüsselung Einbindung als Dateisystem beim Client AstroVDZ virtuelles Datenzentrum für Astronomie (AIP) automatische Replikation über zwei Standorte 10 GbE Strecke zw. AIP und ZIB Kinemathek Filmmaterial von 24 h Berlin interaktiv durch Community nutzbar XtreemFS als CDN Replikation + Erasure Codes Florian Schintke 14

15 GEO600: Anforderungen in Zahlen ca. 60 MByte/min pro Tag: Dateien, 85,6 GByte pro Monat: Dateien, 2,6 TByte pro Jahr: Dateien, 31,2 TByte seit 2002: 2 Kopien: > 270 TByte Daten Florian Schintke 15

16 Schutz gegen äußere Einflüsse Nicht technisches Versagen Höhere Gewalt, Umwelteinflüsse, Katastrophen: Blitz, Feuer, Wasser, Kabelbrand, Sturm, Staub, Verschmutzung, unzlässige Temperatur / Luftfeuchte, IT Grundschutz Kataloge des BSI: Terminologie fürgefährdungen (www.bsi.bund.de) Florian Schintke 16

17 Sicheres Datenarchiv Lampertz Sicherheitsraum (EN ) Sicherung gegen Feuer, Wasser, Rauch und Diebstahl Foto: J. Keiper Florian Schintke 17

18 CO 2 Feuerlöschanlage Foto: Florian J. Schintke Keiper 18

19 Medienverfall regelmäßige Integritätstests Aussortieren älterer Medien Umkopierender Daten (Auffrischung der Magnetisierung) Low Level HW Überwachung von Bändern Realisierung am ZIB (auch z.b. am SDSC u. ETHZ) frühzeitige Erkennung von Soft Errors auf Bändern direkte Auswertung der Laufwerksstatistiken fehlgeschlagene Leseversuche Erkennung von Stottern beim Lesen (schädlich fürs Band) frühzeitige Erkennung von gesteigerter Fehleranfälligkeit der Medien und Laufwerke Florian Schintke 19

20 CrossRoads ReadVerify Appliance (RVA) Fabric 1 SAN Client Rechner Fabric 2 ACSLS Steuerrechner des Roboters RVA Überwachungseinrichtung WEB, E Mail B Ports der Laufwerke an eigenen FC Switchen: physisch getrenntes FC Netz für Management über RVA W. Pyszkalski Zuse Institut Berlin (ZIB) IT Services Florian Schintke 20 IP Steuerung FC Daten FC Monitoring

21 Migration bei Technologiewechsel (2008) x STK Datenroboter (Powderhorn) 2x STK SL Jahre in Betrieb ( ) Migration der Nutzerdaten 1,3 PByte ca. 4 Wochen, eigene CRC Software, spez. konfigurierter Migrationsserver für max. Durchsatz (6x Lese / 4x Schreiblaufwerke über Fibre Channel) Florian Schintke 21

22 Archivspeicher 3Sun Storage STK SL handbots 18,000 slots Tape Drives 17 STK 9940B (200 GB, 30 MB/s) 11 STK 10000A (500 GB, 120 MB/s) 10 STK 10000B Media 15,300 tapes Florian Schintke 22

23 Vergleichbarkeit von Bit Stream Speicheranbietern 2010: DFN Umfrage nach Anbietern Liste mit derzeit 17 Rechenzentren, die Speicherdienste anbieten inkl. KIT SCC und ZIB An welchen Anbieter sollen sich Nutzer wenden? Vergleichbarkeit schwierig Florian Schintke 23

24 WissGrid entwickelt Kriterienkatalog Allgemeine Service Level Kriterien Datenvolumen, Speicherdauer, Löschtermin, Sperrfrist, Zugänglichkeit, Verantwortlicher, Verfügbarkeit, Dateigrößen, Bandbreiten, Spezische Bitstream Preservation /Integritätskriterien Anzahl Kopien, Unabhängigkeit d. Kopien, Zuverlässigkeit, Bitfehlerraten, Integritätstests, Sicherheit und Vertraulicher Umgang mit den Daten AAI Verfahren, Schutz jenseits von AAI, Höhere Gewalt, Verschlüsselung, Könnte als Grundlage für SLAs dienen Florian Schintke 24

25 Zugriffsschutz Authentifizierung und Authorisierungs Infrastruktur (AAI) Zertifikate, AAI wird idggf. umgangen (externer Angriff) zusätzlicher Schutz notwendig z.b. virtuelle it Server je LZA Projekt, IP WhiteList t nur Sichtbarkeit der tatsächlich zugreifbaren Daten VPN Administratoren nutzen kein AAI definierter beschränkter Personenkreis vier Augen Prinzip bei Datenzugriff Daten Verschlüsselung beim Dienstleister Florian Schintke 25

26 Es muss auf einem dieser Bänder sein Florian Schintke 26

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