Configuration checking and design optimization of storage area networks [Elektronische Ressource] / Eray Gençay

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• Publié par: eberhard_karls_universitat_tubingen
• Publié le: 01 janvier 2009
• Nombre de lectures: 7
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

Con guration Checking and Design
Optimization of Storage Area
Networks
Dissertation
of the Faculty of Information and Cognition Sciences
at the Eberhard Karls University of Tubingen
to achieve the grade of doctor rerum naturalium
Eray Gen cay
born in Bal kesir, Turkey
Tubingen
2009Kon gurationsvalidierung und
Entwurfsoptimierung von
Speichernetzen
Dissertation
der Fakult at fur Informations- und Kognitionswissenschaften
der Eberhard-Karls-Universit at zu Tubingen
zur Erlangung des Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.)
vorgelegt von
Eray Gen cay (M.Sc.)
aus Bal kesir, Turk ei
Tubingen
2009Tag der mundlic hen Quali kation: 21. Juli 2009
Dekan: Prof. Dr.-Ing. O. Kohlbacher
1. Berichterstatter: Prof. Dr. sc. techn. W. Kuc hlin
2.h Prof. Dr. T. Grust
iibabam n an s na
(in memory of my father)
iiiContents
Acknowledgments ix
1 Introduction 1
1.1 Motivation and Problem Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Thesis Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 Storage Area Networks 5
2.1 Components of Storage Area Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.1 Host Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.2 Fabric Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.3 Storage Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.1 FC-AL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.2 FC-SW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.3 SCSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3 SAN Topologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.1 Point-to-point Topology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.2 Arbitrated Loop Topology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.3 Switched Fabric Topology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 Management of Storage Area Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4.1 Zoning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4.2 Best Practices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
v2.4.3 SAN Management Frameworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4.4 Service Level Agreements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3 SANchk SAN Con guration Checker 23
3.1 Scenarios for Checking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.1 General Scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.2 CIM-Based Scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.1.3 SQL-Based . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.1.4 Comparison of CIMchk and SANchk . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2 Architecture of SANchk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.2 Evaluator: Boolean Tests as SQL Fragments . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.3 Data Related Aspects of the System . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.4 An XML Format for SAN Con guration Policies . . . . . . . . . . . 34
3.2.5 Action Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3 Policy Implementation with SQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3.1 Implementation Examples for \Collection Policies" . . . . . . . . . 38
3.3.2 An Example for Action Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.4 Empirical Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4.1 Implementation Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4.2 Initial Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4.3 Test on a Production SAN in Industry . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5 Aperi Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5.1 Aperi Project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5.2 SANchk as Aperi Plugins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.6 Related Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.6.1 Policy Based Validation of SAN Con guration by Agrawal et al. . . 52
3.6.2 CIM Constraint Language (CCL) by Sinz et al. . . . . . . . . . . . 54
3.6.3 Policy Management for Autonomic Computing (PMAC) by IBM . . 57
3.6.4 Policy Middleware Architecture for Managing IT Systems by Agrawal
et al. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.6.5 eXtensible Access Markup Language (XACML) . . . . . . . . . . . 63
3.6.6 Ponder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.6.7 Other Related Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
vi4 SANopt SAN Design Optimizer 75
4.0.8 Methods and Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.1 SAN Storage Assignment Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.1.1 Assignment of Applications to Storage Devices . . . . . . . . . . . . 77
4.1.2 Constraint Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.1.3 Optimization Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.1.4 Test of Preconditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.1.5 Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.1.6 Empirical Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.2 SAN Connection Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.2.1 Encoding as a Pseudo-Boolean Problem . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.2.2 Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.3 Implementation in a SAN Management Framework . . . . . . . . . . . . . 89
4.4 Related Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.4.1 Appia: Automatic Storage Area Network Fabric Design . . . . . . . 91
4.4.2 Using a Genetic Algorithm to Design and Improve SAN Architectures 93
4.4.3 An Ant Inspired Technique for SAN Design . . . . . . . . . . . . . 94
4.4.4 Chameleon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.4.5 Polus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.4.6 Other Related Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5 Conclusion 101
5.1 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.2 Publications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
A Best Practices Rules Implemented 103
A.1 Redundancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
A.2 Zoning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
A.3 Uniqueness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
A.4 Fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
A.5 HBAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
A.6 Firmware level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
A.7 Vendor exclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
A.8 Serial number . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
A.9 Connection restrictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
viiA.10 Ports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
A.11 Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
A.12 Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Bibliography 125
Zusammenfassung 131
Abstract 133
Curriculum Vitae 135
viii