Artikel over gegevensherstel op NetApp

Storagefabrikanten zijn erg beducht voor het verlies van elektronische gegevens of problemen met het leveren van de nodige bandbreedte om gegevens van gebruikers / toepassingen over te brengen. Door een steeds evoluerende technologie is de ROI van investeringen in storage hoger dan ooit.

Maar ondanks de vele en steeds betere manieren om bestanden op te slaan, komt dataverlies nog altijd vaak voor. In het beste geval treft het verlies maar een paar gebruikers (of slechts één). Maar soms worden hele afdelingen of zelfs een heel bedrijf geraakt. Terwijl ze het probleem proberen op te lossen, stellen IT'ers zich dan de vraag: "Hoe kon dit gebeuren? We hadden het systeem toch beveiligd?"

Voorstelling van een alternatieve opslagarchitectuur

Zoals enkele andere bedrijven, biedt NetApp een uniek alternatief aan voor de DAS-architectuur (Direct Attached Storage): een lokale server met opslagmogelijkheden en gegevens die in het hele netwerk beschikbaar zijn. In 1994 presenteerde NetApp (Network Appliance) aan USENIX een geconsolideerd storagesysteem voor dat het besturingssysteem integreerde met netwerkverbindingen en opslagmechanismen (een “Network Appliance” of netwerktoestel). Dit revolutionele concept maakt het beheer een pak eenvoudiger dan het aparte beheer van OS, hardware en storage. Door het plug and play principe is het gebruiksgemak vergelijkbaar met een fornuis of koelkast: men heeft enkel een stopcontact nodig. Dankzij het eenvoudige beheer kunnen de exploitatiekosten beter in toom worden gehouden, wat niet enkel de technici maar ook de bedrijfseigenaars als muziek in de oren klonk.

• NFS-protocol, ontwikkeld door Sun Microsystems, Inc.
• RAID-opslagtechnologie, ontwikkeld door D .Patterson, G. Gibson en R. Kats van de Berkeley University in Californië.
• Het besturingssysteem UNIX, ontwikkeld door oa AT&T
• Berkeley Fast File System, ontworpen door de afdeling elektrotechniek en informatica van Berkeley.
• Het bestandssysteem Episode, ontwikkeld door TransArc Corporation.

De NetApp-apparatuur gebruikt een eigen besturingssysteem Data ONTAP en een nieuw bestandssysteem WAFL (Write Anywhere File Layout) om de prestaties en de betrouwbaarheid nog te verbeteren. Het WAFL-bestandssysteem slaat metadata (sleutelgegevens van het bestandssysteem die bestanden en de locatie van gegevensstromen beschrijven) op in de gegevensstroom van de bestanden. Het maakt gebruikt van een inode (indexknooppunt) van UNIX in de vorm van een descriptor van metadata. De bestandssystemen op basis van UNIX bewaren de inode op een exacte locatie, maar het WAFL-bestandssysteem beschouwt de inode en de gegevensstroom als een object van het volume. Op die manier kan 'eender waar worden geschreven' (Write Anywhere). Het systeem fragmenteert de bestanden om een zo hoog mogelijk prestatieniveau te verkrijgen. De schrijfbewerkingen zijn geprogrammeerd door het besturingssysteem volgens de RAID-configuratie van de opslagpool. De lees- en schrijfopdrachten worden op die manier geoptimaliseerd zodat de bewerkingen sneller verlopen.

Het NetApp-bestandssysteem werkt ook met de COW-techniek (Copy-on-Write) waarmee gegevens op een bepaald tijdstip worden gerepliceerd (de zogenaamde 'snapshots'  of momentopnames). Die snapshots worden vastgelegd binnen het Data ONTAP-systeem zodat enkel een back-up wordt gemaakt van de gewijzigde blokken van de gegevensstroom van een bestand. Een bestand dat bijvoorbeeld bestaat uit 1.000 blokken van elk 4.000 bytes (= 4 MB). Dat bestand wordt in de loop van een werkdag meerdere keren geopend en bewerkt. Dankzij de snapshot-technologie, worden enkel de gewijzigde delen van dit bestand gekopieerd op een vooraf ingesteld tijdstip. Als het bestand per ongeluk wordt gewijzigd of gewist, kan de systeembeheerder op die manier altijd de laatste snapshot (van vóór het gegevensverlies) ophalen en het bestand herstellen. Omdat de snapshots integraal deel uitmaken van het WAFL-bestandssysteem (en geen bestanden op zich), wordt het opslagproces geoptimaliseerd, net zoals het gegevensbeheer.

Bovendien bewaren de meest recente systemen van NetApp wijzigingen aan het bestandssysteem in erg gedetailleerde logbestanden en zorgt een transactiesysteem dat alles een coherent geheel blijft. Die transacties worden bewaard in non-volatiel geheugen of flashgeheugen. Als het systeem onverwacht afgesloten wordt, kan het bestandssysteem exact de bewerkingen identificeren die werden onderbroken en bijgevolg de WAFL-metadata bijwerken. Omdat die bewerkingen plaatsvinden in een geïsoleerde opslagruimte, stijgt de betrouwbaarheid van het bestandssysteem: het aantal vereiste verificaties is beperkt en de het systeem is sneller toegankelijk.

Storingen en onverwacht gegevensverlies

Gegevensverlies is vaak het gevolg van een onverwachte gebeurtenis. Geplande werkzaamheden hebben soms onverwachte gevolgen door verkeerd ingeschatte risico's, menselijke fouten of defecte hardware. Dergelijke voorvallen zijn bovendien nog rampzaliger als ze kettingreacties of algemene downtime veroorzaken. Samengevat, het gebeurt nagenoeg altijd op een ongunstig moment en de gevolgen kunnen desastreus zijn als er niet snel wordt ingegrepen.

Ondanks de beste hardware en de beste software kunnen nog altijd fouten (zelfs kleine) voorkomen die een sneeuwbaleffect veroorzaken en tot totaal dataverlies leiden. Zo’n dataverlies kan zich op een of meerdere niveaus voordoen:

• De fysieke opslaglaag, zoals defecte harde schijven, waar elektronische en/of magnetische storingen kunnen plaatsvinden.
• De LUN-laag (Logical Unit Number) waar fysieke apparaten samenkomen in de opslageenheden, zoals bij RAID-systemen: de storing kan zich uiten in het verlies van de configuratie van het opslagsysteem of door defecte hardware die deze configuratie controleert.
• De LVM-laag (Logical Volume Management) waar een groot aantal LUN's zijn geconfigureerd in 'storage pools' of delen van LUN's zijn gehergroepeerd in volumes die aan het OS worden aangeboden als bruikbare opslagcapaciteit: de storing kan het gevolg zijn van de configuratie of omdat de twee voorgaande lagen die essentieel zijn voor de goede werking van de LVM niet beschikbaar zijn.
• De laag van het bestandssysteem waar zich de link tussen de metadata en de gegevensstroom van bestanden bevindt. Het gaat om de hiërarchische voorstelling van de bestandsstructuur waarvan de gebruikers en de toepassingen gebruik maken om te lezen van en schrijven naar de opslagsystemen. De storing kan het gevolg zijn van foutieve metadata of ontoegankelijke gegevensstromen.

Moderne storagesystemen bevatten al deze lagen. Door hun geïntegreerd principe zijn de oplossingen van NetApp nog complexer. Wanneer zich een storing voordoet in een of meerdere onderliggende lagen, blijkt het moeilijk te zijn om nog toegang te krijgen tot de laatste laag met data. Hetzelfde geldt wanneer alle opslaglagen nog functioneren, maar de gebruiker een fout begaat of wanneer de redundantie van het systeem (zoals de snapshot-technologie) niet correct werd geconfigureerd en zich een storing voordoet. Dan kan het nodig zijn om contact op te nemen met Ontrack Data Recovery om de kritieke bestanden te recupereren.

De afgelopen  tien jaar hebben de ingenieurs van Ontrack Data Recovery vele recuperaties uitgevoerd op NetApp-systemen als gevolg van afzonderlijke hardware-storingen (een of twee defecte harde schijven in de RAID-laag waardoor de oorspronkelijke redundantie verloren gaat). De experts in de cleanrooms van Ontrack Data Recovery slagen er in veel gevallen in om de harde schijven te herstellen en de gegevens terug te vinden. Die gegevens worden dan bewaard op nieuwe schijven met dezelfde eigenschappen als de NetApp-apparatuur en vervolgens opnieuw in het systeem geïntegreerd. De herstelde gegevens volstaan doorgaans om de andere opslaglagen te herstellen en de integriteit van de bestanden zo goed mogelijk te bewaren.

In andere gevallen kan het upgraden van de firmware de harde schijf opnieuw aan de praat krijgen. De hele eenheid functioneert dan lang genoeg om een kopie van de vereiste gegevens mogelijk te maken, met een kleine impact op de integriteit van de bestanden.

Casestudy van een gegevensherstel na een panne

Door de wereldwijde economische crisis van 2008/2009 besloten veel bedrijven om het beheer van hun IT te laten uitvoeren door minder personeel. Daardoor steeg het risico op menselijke fouten en het aantal mogelijke ongelukken. Een IT-departement zag zich door het grote volume aan snapshots genoodzaakt het aantal back-ups te beperken. Hierdoor ontstond er een vacuum wanneer de delta tussen live data en gebackupte data groter was dan de storagecapaciteit van het systeem. Bij gebrek aan een andere oplossing, besloten de technici om gegevens van snapshots te wissen om de beschikbaarheid van het systeem te vrijwaren. Op dat moment sloeg het noodlot toe op het opslagsysteem.

In de levenscyclus van een bestand (zie afbeelding 1) is recupereerbaarheid een continue noodzaak. Toen deze noodzaak in bovenstaande case aan de kant werd geschoven en er zich een probleem voordeed dat buiten de snapshot recovery viel restte er geen andere keuze dan een data recovery expert in te schakelen. Het dataverlies heeft de bovenste laag aangetast, die van het bestandssysteem.

De ingenieurs van Ontrack Data Recovery slaagden erin om oplossingen te ontwikkelen om de metadata van het bestandssysteem te herstellen. Ze zorgen ervoor dat de doelbestanden opnieuw toegankelijk zijn. Hiervoor hebben ze natuurlijk een diepgaande kennis van de allocatiemethoden van het bestandssysteem nodig. Het team van Ontrack Data Recovery slaagde erin om een oplossing te ontwikkelen die tegemoet kwam aan de eisen van de klant op vlak van data-integriteit en snelheid.

Deze innovatie kan voortaan ook worden toegepast op bestandssystemen van NetApp waar WAFL-snapshots werden gewist uit de storagepool of waarvan volledige volumes werden beschadigd. Specifieke recoverytechnieken maken het bovendien mogelijk om het bestandssysteem te controleren en het indien nodig te herstellen. Dat is bovendien uiterst belangrijk om het succes van de recoveryprocedure te evalueren en na te gaan of er eventueel data corrupt raakte.

Het zijn deze technieken die Kroll Ontrack onderscheiden van de concurrentie, naast onze ervaring op het vlak van elektronische en magnetische opslag en het herstellen van RAID-schijven. En dan hebben we het nog niet over de uitgebreide ervaring van het ingenieursteam dat alles in het werk stelt om uw data zo goed mogelijk te recupereren.