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기본

bsr은 다음과 같은 방식으로 복제 합니다.

• 응용 프로그램이 블록장치에 데이터를 쓰는 동시에 실시간 복제합니다.

• 실시간 복제를 수행 하더라도 다른 응용 서비스나 시스템 요소에 영향을 주지 않습니다.

• 동기 또는 비동기적으로 복제합니다

  • 동기 방식은 복제 데이터를 로컬디스크와 타겟 호스트의 디스크에 쓰기 완료했을 때 복제를 완료한 것으로 처리합니다.

  • 비동기 방식은 복제 데이터를 로컬디스크에 쓰고 타겟 호스트로 데이터 전송을 했을 때 복제를 완료한 것으로 처리합니다.

커널 드라이버

bsr의 핵심 엔진은 커널 드라이버로 개발되었습니다.

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bsr은 기본적으로 Active-Passive 클러스터링을 제공하고, Active-Active 클러스터링은 제공하지 않습니다.

관리 도구

bsr은 리소스를 구성하고 관리하기 위한 용도의 관리 도구를 제공합니다. 다음에서 설명하는 bsradm, bsrsetup, bsrmeta, bsrcon 으로 구성됩니다. 관리 명령어를 사용하기 위해 관리자 수준의 권한이 요구됩니다.

bsradm

• bsr의 세부 기능들에 대해 추상화한 상위 수준 명령어를 제공하는 유틸리티입니다. bsradm 을 통해 bsr 대부분의 동작을 제어할 수 있습니다.

• bsradm은 구성파일 etc\bsr.conf로부터 모든 구성 파라미터를 얻으며, bsrsetup 및 bsrmeta에 적절한 옵션을 주어 명령을 전달하는 역할을 합니다. 즉 실제 동작은 bsrsetup, bsrmeta 에서 수행됩니다.

• bsradm은 –d 옵션을 통해 dry-run모드로 실행시킬 수 있습니다. 이는 bsradm이 bsrsetup 및 bsrmeta 명령을 실제 호출하지 않고, 어떤 옵션 조합으로 실행되는지 미리 확인할 수 있는 방법을 제공합니다.

• bsradm 명령 옵션에 대한 자세한 사항은 Appendix B. 시스템 매뉴얼의 bsradm을 참고하십시요.

bsrsetup

• bsr 커널엔진에 필요한 값들을 설정할 수 있습니다. bsrsetup에 대한 모든 파라미터는 텍스트 인자로 전달해야 합니다.

• bsradm과 bsrsetup의 분리를 통해 유연한 명령 체계를 제공합니다.

  • bsradm에서 받아들인 파라미터는 보다 복잡한 파라미터로 치환하여 bsrsetup을 호출합니다.

  • bsradm은 리소스 구성파일의 문법적 오류 등을 확인하여 사용자 실수를 방지하지만, bsrsetup은 이러한 문법적 오류를 확인하지 않습니다.

• 대부분의 경우에선 bsrsetup을 직접 사용할 필요는 없으나 노드 간 개별제어 라든지 특수한 기능을 수행하기 위해 사용합니다.

• bsrsetup 명령 옵션에 대한 자세한 사항은 Appendix B. 시스템 매뉴얼의 bsrsetup 을 참고하십시요.

bsrmeta

• 복제 구성을 위한 메타 데이터 파일을 생성하거나, 메타에 대한 덤프, 복원 및 수정 기능을 제공합니다. bsrsetup처럼 대부분의 경우에 있어선 직접 bsrmeta를 사용할 필요가 없고 bsradm에서 제공하는 명령을 통해 메타 데이터를 제어합니다.

• bsrsetup 명령 옵션에 대한 자세한 사항은 Appendix B. 시스템 매뉴얼의 bsrmeta 를 참고하십시요. 

bsrcon

• bsr 관련 정보를 확인하거나 기타 필요한 설정을 조정할 수 있습니다.

• bsrcon 명령 옵션에 대한 자세한 사항은 Appendix B. 시스템 매뉴얼의 bsrcon 을 참고하십시요.

리소스

리소스는 복제 데이터 세트를 구성하기 위해 필요한 모든 것을 추상화한 대상입니다. 사용자는 리소스를 구성한 후 이를 제어함으로써 복제 환경을 운영합니다.

리소스를 구성하기 위해서 다음의 기본적인 내용들(리소스 이름, 볼륨, 네크워크 연결)을 지정해야 합니다.

리소스 이름

• 공백없이 US-ASCII 형태로 이름을 지정합니다.

볼륨

• 리소스는 공통의 복제 스트림을 공유하는 하나 이상의 볼륨으로 구성된 복제 그룹이며 리소스내의 모든 볼륨의 쓰기 정합성을 보장합니다.

• 볼륨은 하나의 장치로 기술하며 윈도우즈의 경우 드라이브 레터(drive letter)로 지정합니다.

• 하나의 복제 셋에는 데이터 복제를 위한 볼륨 한 개와 볼륨과 연계된 메타데이터를 저장하는 별도의 볼륨이 필요합니다. 메타 볼륨은 복제를 위한 내부 정보를 저장하고 관리하는 용도로 사용합니다.

  • 메타데이터는 저장하는 위치에 따라 외부 메타 형식(External Meta Type)과 내부 메타 형식(Internal Meta Type)으로 구분합니다. 예를 들어, 복제 대상 볼륨의 디스크내에 메타 데이터가 위치하면 내부 메타이고, 다른 장치 또는 다른 디스크에 위치하면 외부 메타가 됩니다.

  • bsr은 운영 중 복제 I/O 와 메타 데이터 쓰기가 동시에 수행될 수 있기 때문에 성능적인 측면에서 외부 메타 형식이 내부 메타에 비해 유리합니다. 그리고 메타 디스크의 I/O성능은 복제 성능에 직접적으로 영향을 주기 때문에, 되도록 이면 좋은 성능의 디스크로 구성하는게 좋습니다.

  • 주의할 점은, 메타를 위한 볼륨은 NTFS같은 파일시스템으로 포맷하지 않고 RAW 상태로 구성해야 한다는 것 입니다.

네트워크 연결(Connection)

• Connection은 두 호스트 사이의 복제 데이터 세트를 위한 통신 링크입니다.

• 각 리소스들은 다중 호스트들 간에 완전 메시(full-mesh) 연결 설정을 포함한 다중 호스트로 정의합니다.

• 연결 Name은 특별히 지정되지 않았을 경우 bsradm 수준에서 리소스 Name으로 자동 지정됩니다.

리소스 역할

리소스는 프라이머리(Primary) 또는 세컨더리(Secondary)의 역할을 가집니다.

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리소스의 역할은 bsr유틸리티 명령을 통해 변경할 수 있습니다. 리소스 역할을 Secondary에서 Primary로 변경할 때는 승격(Promotion)이라고 하고 반대는 강등(Demotion)입니다.

주요 기능

복제 클러스터

bsr은 복제를 위한 노드들의 집합을 복제 클러스터로 정의하며 기본적으로 복제 클러스터 멤버 중 하나의 노드에서만 프라이머리 리소스 역할을 할 수 있는 단일 프라이머리 모드를 지원합니다. 이중 또는 다중 프라이머리 모드는 지원하지 않습니다. 단일 프라이머리 모드 즉, Active-Passive 모델은 페일오버를 위한 고 가용 클러스터에서 데이터 저장매체를 다루는 표준적인 접근 방식입니다.

복제 방식

bsr은 3가지 복제 방식을 지원합니다.

Protocol A. 비동기 방식

비동기 방식은 Primary 노드에서 로컬 디스크에 쓰기를 마치고 동시에 TCP의 송신 버퍼에 쓰기가 완료되었을 때 복제 완료로 간주합니다. 따라서 이 방식은 절체(Fail-over)를 할 경우 로컬에는 썼지만 버퍼에 있던 데이터가 대기노드로 완전히 넘어가지 못할 수 있습니다. 절체 후 대기노드의 데이터는 일관성은 가지지만, 절체 시 발생한 쓰기의 일부 전송되지 못한 업데이트 내용은 손실될 수 있습니다. 이 방식은 로컬 I/O 응답성능이 좋으며 원거리 복제 환경에 적합한 방식입니다.

Protocol B. 세미 동기 방식

세미 동기방식은 Primary 노드에서 로컬 디스크 쓰기가 발생하면 복제 패킷을 상대 측 노드에서 수신 완료한 단계에서 복제 완료로 간주합니다.

일반적으로 강제 절체(Fail-over)시 데이터 손실이 발생되지는 않는 편이지만 양쪽 노드의 전원이 동시에 나가거나 Primary 스토리지에서 복구할 수 없는 손상이 발생한다면 Primary에서 가장 최근에 기록된 데이터는 손실될 수 있습니다.

Protocol C. 동기 방식

동기 방식은 로컬과 원격 양쪽 디스크에 모두 쓰기가 완료되어야 Primary 노드에서 복제 완료로 간주합니다. 따라서 어느 한쪽 노드에서 손실이 발생하더라도 데이터가 유실되지 않음을 보장합니다.

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복제 모드를 구성하는 예제는 리소스 작성 부분을 참고하세요.

복제 전송 프로토콜

bsr의 복제 전송 네트워크는 TCP/IP 전송 프로토콜을 지원합니다. 

TCP(IPv4/v6)

bsr의 기본 전송 프로토콜이며 IPv4/v6를 지원하는 모든 시스템에서 사용할 수 있는 표준 프로토콜 입니다.

효율적인 동기화

bsr에서 복제(replication)와 (재)동기화(resynchronization)는 구분하는 개념입니다. 복제는 Primary 역할의 리소스의 모든 디스크 쓰기 동작을 Secondary 노드로 실시간 반영하는 동작이고, 동기화는 실기간 쓰기 I/O를 배제한 전체 블록 디바이스 관점에서 데이터를 일치시키는 처리과정 입니다. 복제와 동기화는 개별적으로 동작하지만 동시에 처리될 수도 있습니다.

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물론 백그라운드에서 동기화가 진행되더라도 Active 노드의 응용 서비스는 중단되거나 하지 않고 계속 운영 가능 합니다.

고정 대역 동기화(Fixed-rate synchronization)

고정 대역 동기화에서는 초당 상대 노드로 동기화하는 데이터 속도를 상한선 내에서 조정할 수 있으며(이를 synchronization rate라고 합니다) 최소값(c-min-rate)과 최대값(c-max-rate)으로 지정할 수 있습니다.

가변 대역 동기화(Variable-rate synchronization)

가변 대역 동기화는 가용한 네트워크의 대역폭을 감지한 후 애플리케이션으로부터 수신된 I/O와  비교하여, 적절한 동기화 속도를 자동적으로 계산합니다. bsr은 가변대역 동기화를 기본 설정으로 합니다.

체크섬 기반 동기화(Checksum-based synchronization)

체크섬 데이터 요약을 사용하면 동기화 알고리즘의 효율성을 더욱 개선할 수 있습니다. 체크섬 기반 동기화는 동기화하기 전에 블록을 읽고 현재 디스크에 있는 내용의 해시(hash) 요약을 구한 다음, 상대 노드로부터 같은 섹터를 읽어 구한 해쉬 요약 내용과 비교합니다. 해시 내용이 일치하면 해당 블럭에 대한 동기화 쓰기(re-write)를 생략합니다. 이 방식은 동기화 해야 될 블럭을 단순히 덮어쓰는 방식에 비해 성능에서 유리할 수 있으며 연결이 끊어진(disconnect 상태) 동안 파일 시스템이 섹터에 같은 내용을 다시 썼다면 해당 섹터에 대해선 재동기화를 생략하게 되므로 전체적으로 동기화 시간을 단축시킬 수 있습니다.

혼잡 모드

bsr은 비동기 복제 시 복제 네트워크의 혼잡도를 감지하여 능동적으로 대처할 수 있는 혼잡모드 기능을 제공합니다. 혼잡모드는 Blocking, Disconnect, Ahead 의 3 가지 동작모드를 제공합니다.

• 아무 설정도 하지 않을 경우 기본적으로 Blocking 모드입니다. Blocking 모드에서는 TX 송신버퍼에 복제 데이터를 전송할 여유 공간이 생길 때 까지 대기(Blocking)합니다.

• 복제 연결을 단절하여 로컬 I/O 부하를 일시적으로 해소하도록 disconnect 모드로 설정할 수 있습니다.

• 복제 연결은 유지한 채 primary 노드의 I/O를 로컬 디스크에 우선 기록하고 해당 영역은 out-of-sync로 기록하여 혼잡이 해제될 경우 재동기화를 자동으로 수행하는 Ahead 모드로 설정할 수 있습니다. Ahead 상태가 된 Primary 노드는 Secondary 노드에 비해 앞서 있는(Ahead) 데이터 상태가 됩니다. 그리고 이 시점에 Secondary는 뒤 쳐진(Behind) 데이터 상태가 되지만 대기노드의 데이터는 일관성은 있는 가용한 상태입니다. 혼잡 상태가 해제되면, 세컨더리로의 복제는 자동으로 재개되고 Ahead 상태에서 복제되지 못했던 out-of-sync 블럭에 대해 백그라운드 동기화를 자동으로 수행합니다. 혼잡모드는 일반적으로 데이터센터 또는 클라우드 인스턴스간의 공유연결을 통한 광역 복제 환경과 같은 가변 대역폭을 가진 네크워크 링크 환경에서 유용합니다.

온라인 데이타 무결성 검사

온라인 무결성 검사는 장치 운영 중에 노드 간의 블록별 데이터의 무결성을 확인하는 기능입니다. 무결성 검사는 네트워크 대역폭을 효율적으로 사용하고 중복된 검사를 하지 않습니다.

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온라인 무결성 검사에 따른 작업은 OS 수준에서 예약된 작업으로 등록하여 운영 I/O 부하가 적은 시간 대에 주기적으로 수행하는 것이 일반적인 사용법입니다. 온라인 무결성 검사를 구성하는 법에 대한 자세한 내용은 온라인 디바이스 검증의 사용(Using on-line device verification)을 참고하세요.

복제 트래픽 무결성 검사

bsr은 암호화 메시지 요약 알고리즘을 사용하여 양 노드 간의 복제 트래픽에 대한 무결성을 실시간 검증할 수 있습니다.

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• 주 메모리와 전송 노드의 네트워크 인터페이스 사이에서 전달된 데이터에서 발생하는 비트 오류 (비트 플립) (최근 랜카드가 제공하는 TCP 체크섬 오프로드 기능이 활성화 될 경우 이러한 하드웨어적인 비트플립이 소프트웨어 적으로 감지되지 않을 수 있습니다).

• 네트워크 인터페이스에서 수신 노드의 주 메모리로 전송되는 데이터에서 발생하는 비트 오류(동일한 고려 사항이 TCP 체크섬 오프 로딩에 적용됩니다).

• 네트워크 인터페이스 펌웨어와 드라이버 내의 버그 또는 경합상태로 인한 손상.

• 노드간의 재조합 네트워크 구성 요소에 의해 주입 된 비트 플립 또는 임의의 손상(직접 연결, 백투백 연결을 사용하지 않는 경우).

스플릿 브레인 통지와 복구

스플릿 브레인(Split brain)은 클러스터 노드들 사이에 모든 네트워크가 단절된 일시적인 장애 상황에서 클러스터 관리 소프트웨어나 관리자의 수동 개입으로 인해 두 개 이상의 노드가 Primary 역할을 가졌던 상황을 말합니다. 이것은 데이터에 대한 수정이 상대 측으로 복제되지 않고 각각의 노드에서 이루어졌다는 것을 암시하며 잠재적인 문제를 발생시킬 수 있는 상황입니다. 이 때문에 데이터가 병합되지 못하고 두 개의 데이터 셋이 만들어질 수도 있습니다.

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bsr에서 스플릿 브레인을 감지하면(이메일 또는 다른 방법을 통해) 자동적으로 운영자에게 알릴 수 있습니다.

디스크 에러 처리 정책

디스크 장비에서 장애가 발생할 경우 bsr은 디스크 장애 정책의 사전 설정을 통해 해당 I/O 에러를 상위 계층(대부분 파일시스템)으로 단순히 전달해서 처리하거나 복제 디스크를 detach 하여 복제를 중단하도록 합니다. 전자는 패스스루 정책, 후자는 분리 정책입니다.

패스스루(passthrough)

하위 디스크 계층에서 에러 발생 시 별도 처리없이 상위(파일시스템) 계층으로 에러 내용을 전달합니다. 에러에 따른 적절한 처리는 상위 계층에게 맡깁니다. 예를 들어, 파일 시스템이 에러 내용을 보고 디스크 쓰기 재시도를 하거나 read-only 방식으로 다시 마운트를 시도할 수 있습니다. 이렇게 오류를 상위 계층으로 전달하는 방식을 통해 파일시스템 스스로가 에러를 인지할 수 있도록 하여 스스로 에러에 대처할 수 있는 기회를 부여합니다.

복제 서비스 운영 경험에 따르면 디스크 장애는 생각보다 자주 발생합니다. 이러한 결과는 하위 디스크 계층에 의존적이며 디스크 계층 즉, 표준 SCSI 계층의 에러는 임의의 시점에 언제든지 발생할 수 있다는 점에 비추어 보면 디스크 계층의 안정성과는 별도로 다루어야 하고, 복제 측면에서도 유연하게 대처할 수 있어야 함을 의미합니다. 그동안 디스크 장애 정책으로 제공해 왔던 detach 정책은 서비스 운영관점에선 복제가 특정시점에 일방적으로 중단되는 정책이었습니다. 이러한 방식은 사후 복구도 어렵고 서비스 운영 지속 측면에서도 불리합니다. 우리는 이러한 문제를 해결하기 위해 passthrough 정책을 고안하였으며 bsr의 기본정책으로 설정하게 되었습니다. 패스스루 정책은 I/O 에러가 발생할 경우 해당 블럭에 대해서 OOS 를 기록하고 실패된 I/O 결과를 파일시스템으로 전달합니다. 이 때 파일시스템이 에러가 발생한 블럭에 대해 쓰기 재시도하여 성공하고 이를 통해 OOS를 해소한다면 이는 일시적인 디스크 계층의 에러를 파일시스템 스스로 극복하도록 유도하게 됩니다. 비록 파일시스템의 동작 특성에 따라 완전히 OOS가 해소되지 못한다고 하더라도 일부 남겨진 OOS 는 연결 재시도 등을 통해 재동기화 하여 해결할 수도 있습니다. 즉 패스스루 정책은 에러 블럭을 FS가 스스로 해결하거나 동기화를 통해 해소하도록 유도하고, 기본적으로 디스크 I/O에 문제가 있더라도 서비스 운영을 지속하도록 보장합니다.

분리(detach)

에러 정책을 detach 방식으로 구성하였다면 하위 계층에서 에러 발생 시 bsr이 자동으로 디스크를 분리(detach)하는 방식으로 처리합니다. 디스크가 detach 되면 diskless 상태가 되고 디스크로의 I/O 가 차단되며, 이에 따라 디스크 장애가 인지되고 장애 후속조치가 취해져야 합니다. bsr에서 diskless 상태는 디스크에 I/O 가 유입되지 못하도록 차단된 상태로 정의합니다. I/O 에러 처리 정책 설정 에서 설정 파일을 구성하는 방법에 대해 설명하고 있습니다.

Outdated 데이터 정책

bsr은 Inconsistent 데이터와 Outdated 데이터를 구분합니다. Inconsistent 데이터란 어떤 방식으로든 접근이 불가능하거나 사용할 수  없는 데이터를 말합니다. 가장 흔한 예로 동기화 진행 중인 타겟 쪽 데이터가 Inconsistent 상태 입니다. 타겟 쪽 데이터는 동기화가 진행중일 때 일부는 최신이지만 일부는 지난 시점의 데이터 이므로 이를 하나의 시점인 데이터로 간주하는 것이 불가능합니다. 그런 경우에서는 디바이스가 파일시스템이 있는 경우 그 파일시스템은 마운트(mount) 될 수 없거나 파일시스템 자동 체크 조차도 수행되지 못하는 상태 일 수 있습니다.

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Primary 가 Crash 되었거나 연결이 단절된 Secondary 노드는 디스크 상태가 Outdated 일 수 있습니다. Outdated 된 노드를 Primary 로 승격하고자 한다면 --force primary 를 통해 강제 승격 할 수 있습니다.

운송 동기화

디스크를 직접 가져와서 구성하는 운송 동기화(Truck based replication)는 아래와 같은 상황에 적합합니다.

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