Feltolerant fillagring

För Marvin Theimer började allt med en jordbävning. Efterdyningarna av 1989:s massiva jordbävning i Loma Prieta i Silicon Valley var lite surrealistisk, minns Theimer. Jag satte mig i min bil och hade min radio på... tystnad! Radiostationerna inom en radie på 20 mil var ute.

Och så var nästan alla datorer.

Den omvälvande upplevelsen fick Theimer, då en operativsystemforskare vid Xerox Palo Alto Research Center, att fundera på hur man gör datorfillagringssystem radikalt mer feltoleranta. Hans arbete har hjälpt till att leda till Farsite, en felsäker lagringsteknik som skapas hos Microsoft.

Backup till framtiden

Företag säkerhetskopierar vanligtvis sina kritiska data, men individer gör vanligtvis inte det. Och en katastrof som en jordbävning kan utplåna alla dina datorfiler - och månader eller till och med år av arbete. Även om du har säkerhetskopierat din data är den otillgänglig förrän du laddar upp den till ett ersättningssystem. Och i värsta fall håller du dina säkerhetskopior bredvid din dator och de går också förlorade.

Så hur löser du problemet? Genom att lagra dina data inte bara på din PC och din vänliga lokala server utan på många nätverksanslutna datorer, säger Theimer. På så sätt, även om 99 av 100 maskiner förstörs eller görs obrukbara, finns det fortfarande en dator som har alla dina filer lagrade på ett säkert sätt och lätt att återställa.

Dessutom bör ditt distribuerade fillagringssystem inte förlita sig på en central server, inte ens för att hitta kopior av filer. Vi tror att vi kan designa dessa system så att du inte behöver ha de där back-end-servrarna, säger Theimer.

Gör det hos Microsoft

Theimer arbetade som seniorforskare på Microsoft Research i Redmond, WA, och träffade i slutet av 1990-talet systemprogramvaruforskaren Bill Bolosky. Med Bolosky som gruppledare definierade en grupp på ett halvdussin forskare fyra nyckelkrav för systemet, kallat Farsite:

• Tillhandahålla högst tillgänglig och pålitlig filtjänst när du kör på vanliga stationära datorer
• Se till att användarnas data är säkra från andra, inklusive användare av datorerna som lagrar dem
• Vara automatiskt och adaptivt självkonfigurerande och självjusterande så att den kan svara på individuella systemfel och förändringar i användningsmönster
• Arbeta utan central server eller central administratör

Vida öppna ytor

Forskarna analyserade användarnas personliga hårddiskar inom Microsoft och upptäckte att de flesta inte var i närheten av fulla. Faktum är att de är mer än halvtomma och blir större hela tiden, säger Bolosky. När de undersökte detta tre gånger under två år upptäckte de att andelen användares diskar som förblir oanvända ökar, särskilt när storleken på nya hårddiskar växer.

Dessutom förutspår Bolosky att enhetstillverkare kan producera terabyte-stora, halvhöga hårddiskar som skulle sälja för mindre än 500 $ år 2003.

Så varför inte dra nytta av allt det bortkastade utrymmet? Det är precis vad prototypen Farsite gör.

För att säkerställa att varje användares filer endast är tillgängliga för dem som borde se dem, har Farsite filkryptering. På så sätt, även om filerna lagras på en skadlig användares system, kommer de fortfarande att vara säkra. Vi använder ganska starka chiffer – RSA med stora nyckellängder – och de är signerade när de är krypterade, säger Bolosky.

Dessutom, om en illvillig användare vill tugga upp arbetet genom att ta bort den andra användarens filer, är allt som förstörs kopiorna av dessa filer som lagras på en maskin. Kopior på andra maskiner förblir säkra.

Bättre än servrar

Eftersom Farsite lagrar kopior av en användares filer på flera maskiner, gör det det också mer nätverksfeltolerant än ett centraliserat serversystem. Om det finns ett nätverksfel som blockerar åtkomst till en maskin där användarens filer lagras, är oddsen att en annan maskin med samma filer förblir tillgänglig. Filerna förblir också tillgängliga om vissa användare stänger av sina maskiner på natten.

En annan fördel med att lagra filer på flera ställen är att det kan hjälpa till att undvika åtkomstflaskhalsar som är inneboende när många användare försöker komma åt sina filer på en enda server samtidigt.

Farsite-metakatalogen (som lagrar alla filplatser) fungerar på liknande sätt men behöver inte replikeras till så många maskiner för att ge tillförlitlighet och feltolerans.

När en ny maskin ansluter sig till gruppen, replikeras dess filer automatiskt till andra datorers diskar. Farsite är smart nog att undvika att kopiera dubbletter av filer till samma disk och att kontinuerligt balansera om diskbelastningar så att ingen användares diskenhet plötsligt fylls upp.

Farsite främjar också enkelheten i användningen. Farsite framstår som bara en annan diskenhet - som F: - med all komplexitet gömd för användaren.

Byggd för skala

Förvänta dig inte att se Farsite i Windows XP eller dess uppföljningssystem någon gång snart. Den nuvarande versionen har bara testats med ett dussintal maskiner, med ett mer omfattande test på 150 till 200 datorer planerat för den närmaste framtiden.

Forskare säger dock att det kan tänkas stödja upp till 100 000 maskiner. Med tiden kommer Farsite att bli världens största, serverskalbara, feltoleranta filsystem, förutspår Bolosky. [I slutändan] vill vi använda hundratals miljoner maskiner.

Dölj