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SGI DMF - 1 - Livre Blanc SGI Data Migration Facility Logiciel d’archivage Guy Chesnot Senior Consultant - Solutions de stockage SGI France

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Offrir un espace disque virtuellement infini, tel est le but d’un logiciel de gestion de hiérarchie de stockage. Offrir cet espace sans compromettre les performances d’accès aux données, et en fournissant tous les moyens de gérer efficacement le cycle de vie des données, telles sont les qualités principales du produit de SGI Data Migration Facility (DMF).

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Page 1: SGI Data Migration Facility

SGI DMF - 1 -

Livre Blanc

SGI Data Migration Facility

Logiciel d’archivage

Guy Chesnot

Senior Consultant - Solutions de stockage

SGI France

Page 2: SGI Data Migration Facility

SGI DMF - 2 -

1 DATA MIGRATION FACILITY

1.1 Executive summary

Offrir un espace disque virtuellement infini, tel est le but d’un logiciel de gestion de hiérarchie de stockage. Offrir cet

espace sans compromettre les performances d’accès aux données, et en fournissant tous les moyens de gérer

efficacement le cycle de vie des données, telles sont les qualités principales du produit de SGI Data Migration Facility

(DMF).

La fonctionnalité de gestion de hiérarchie de stockage (HSM en anglais) repose sur deux constats fondateurs. Le

premier a trait à la technologie : il existe de nombreuses technologies de support de stockage offrant des qualités de

service différentes : performances (temps d’accès, débit), niveau de disponibilité, fonctionnalités, coût, etc. Le second

est la variation dans le temps de l’importance des données : les données gérées requièrent une qualité de service qui

évolue au cours de leur vie.

Alors que les volumes de données croissent, se pose la question de maîtrise des coûts induits par cette expansion

incessante. L’adaptation du support de la donné à son importance à un instant donné est la seule réponse à cette

question. Cela ne signifie pas que la criticité d’une donnée diminue nécessairement au cours du temps : pour un

médecin étudiant une pathologie, les informations anciennes ont autant de valeur que celles d’aujourd’hui (un

exemple fréquent de valeur de la donnée est représenté sur le schéma qui suit). Une gestion du cycle de vie de la

donnée dans ce qu’elle sous-entend comme décroissance temporelle d’importance de la donnée n’est donc pas

adaptée. Pas plus que l’espoir que la baisse des coûts des supports de stockage de type disque magnétique ne

compense l’augmentation des volumétries.

Corréler le temps d’accès à une donnée à sa valeur au cours du temps est la fonction principale de DMF.

Le coût du stockage ne se limite pas au prix d’achat par Giga ou Téra octet, il comprend également le coût de la

puissance électrique nécessaire, pour laquelle le stockage dépasse déjà l’ensemble des serveurs dans un centre de

données, le coût induit de la surface au sol, les coûts de maintenance. De ce fait, l’utilisation à bon escient de plusieurs

niveaux de stockage réduit les coûts totaux mais, à priori, complique l’exploitation et l’administration des données.

DMF automatise la gestion de différents niveaux de stockage, réduisant ainsi à néant les risques liés aux opérations

manuelles, protégeant les données. DMF diminue le coût total de stockage des données comprenant les coûts

d’acquisition des équipements et les coûts d’exploitation.

DMF est présent chez de nombreux clients SGI dont certains gèrent à travers DMF plusieurs centaines de millions de

fichiers pour un volume de plus de dix Péta octets, et ce depuis de nombreuses années.

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SGI DMF - 3 -

1.2 Présentation de DMF

DMF est un logiciel de gestion hiérarchique de stockage disponible sur plate-forme SGI. DMF permet la surallocation

des disques du système par migration automatique de fichiers sur un support de stockage de second (voire troisième

ou quatrième) niveau, lorsqu'ils ne sont pas utilisés, ainsi que le rapatriement automatique de ces fichiers lorsqu'ils

sont accédés par un utilisateur. Ce processus est totalement transparent à l'utilisateur. Le principe du flux des données

est présenté sur le schéma ci-dessous.

DMF est un produit largement répandu dans le monde du calcul scientifique, permettant de gérer de grands volumes

de données, et de grands flux de données entre disques et supports de stockage secondaire, telles que des bandes

magnétiques ou disques capacitifs. DMF profite d’une longue expérience des clients SGI en ce domaine. C’est un

produit performant et éprouvé utilisant des technologies rapides, telle que la base de données interne au produit qui

est sous forme binaire. Parcourons les caractéristiques principales du produit d’un point de vue utilisateur et

administrateur.

Transparence

Alors que les données sont susceptibles d’être dupliquées sur plusieurs niveaux, et peuvent être éliminées du premier

niveau de stockage, les métadonnées des fichiers (inodes) et les répertoires restent en permanence sur ce premier

niveau. De cette façon, les fichiers apparaissent toujours en ligne à l'utilisateur quel que soit leur emplacement à un

moment donné.

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SGI DMF - 4 -

L'état de migration d'un fichier est disponible à travers des commandes spécifiques, extensions de commandes Unix

usuelles (dmls par exemple). La migration et le rapatriement d'un fichier sont des opérations totalement automatiques

en exploitation normale. Cependant elles peuvent également être demandées explicitement par l'utilisateur par le

biais de commandes individuelles. La transparence d’emplacement du fichier est donc totale pour l’utilisateur ou

l’application, seule la performance d’accès qui n’est pas identique pour des supports disques ou bandes différencie les

lieux de résidence des données.

Efficacité

Les fichiers peuvent être à la fois migrés et en ligne. Ceci facilite le rappel ou la migration ultérieure d'un fichier. Les

commandes de sauvegarde/restauration peuvent tenir compte de la migration de fichiers, afin d'éviter la duplication

d'opérations de copies des données. Cette fonctionnalité, dite résidence duale, est illustrée sur la figure ci-après.

Les fichiers peuvent également être partiellement présents sur disque, le reste étant sur bandes magnétiques ou tout

autre niveau de stockage secondaire. Ainsi le début d’un fichier peut être laissé sur disque afin de pouvoir avoir un

aperçu de son contenu par examen de son en-tête.

Enfin, lors d’un rappel, une option de DMF permet de rendre la main à l’utilisateur dès que le début d’un fichier se

trouve sur disque. Cela est particulièrement bénéfique en termes de performance pour les gros fichiers dont

l’utilisateur souhaite connaître le contenu sans attendre leur rapatriement complet sur disque, ce qui est le cas dans le

domaine de la vidéo par exemple.

Fiabilité

DMF garantit l’intégrité des données et des métadonnées par de nombreux mécanismes présents durant toutes les

étapes de gestion et déplacement des fichiers et informations.

Ainsi, dans la manipulation des métadonnées, toutes les transactions sur les bases de données DMF sont journalisées,

les transactions étant relancées après un arrêt inopiné. L’exploitation courante de DMF utilise un outil de vérification

en ligne propre à chaque base de données, un outil de vérification en ligne de cohérence globale des bases de

données internes et des métadonnées des systèmes de fichier. La sauvegarde des bases de données peut être réalisée

en pleine exploitation.

Le traitement du support bandes magnétiques fait l’objet de nombreux soins : vérification de l'intégrité des supports

bandes, récupération de fichiers depuis des bandes endommagées (chaque bloc est indépendant car DMF ne repose

pas sur un format de type tar ou autre), DMF calcule en lecture et écriture les sommes de contrôle des données, et

inscrit dans sa base une signature pour chaque fichier, enfin il est possible de réaliser des copies multiples de fichiers

sur des supports de même nature ou de types différents.

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SGI DMF - 5 -

1.3 Politiques de DMF

1.3.1 Création de copies et migration

Migration

La politique de migration des fichiers peut être opérée au coup par coup, à la demande de l'exploitant, à intervalles

réguliers, ou invoquée suite à l’observation des taux de remplissage des systèmes de fichiers. La politique est laissée

au libre arbitre de l'exploitant. Cette fonction prend en charge chaque système de fichiers, indépendamment les uns

des autres, les seuils sont propres à chaque système de fichiers.

Originellement ce type de produit était destiné à éviter le blocage d’un système en raison du remplissage des disques.

DMF conserve ce type de fonctionnement par seuil de remplissage, même si ce mode est rarement utilisé. Le principe

en est illustré sur le schéma suivant.

L'outil de migration opère en plusieurs phases :

• Sélection des fichiers candidats à la migration. Ce choix s'opère selon des critères de taille ou d'âge, d'utilisateur

éventuellement. Les paramètres associés sont contenus dans un fichier propre au système de fichiers.

• Migration effective des fichiers. Ce sont généralement les seuils de remplissage des disques qui décident du

déclenchement de l'action, mais elle peut être aussi bien initiée par l'exploitant.

• Libération de l'espace disque Le gestionnaire d'espace agit là encore soit à la demande de l'administration, soit

selon des seuils prédéfinis pour ramener l'espace disponible sur un système de fichiers à un niveau prédéfini.

Tous ces paramètres sont propres à chaque système de fichiers, et résident dans le système de fichiers lui-même, si

bien que l'utilisation peut être complètement automatique.

Du fait de la résidence duale, il est possible et conseillé d’opérer à la manière d’un mécanisme de sauvegarde

traditionnel. Tous les fichiers nouvellement créés ou modifiés sont dupliqués sur un second niveau de stockage, afin

de disposer d’une copie de secours. Contrairement aux produits de sauvegarde, cette copie se fait en pleine

exploitation, sans nécessiter d’arrêt d’exploitation ; la notion de fenêtre de sauvegarde n’a donc aucun sens avec DMF.

Cette opération de duplication est programmable avec une période propre à chaque système de fichiers,

quotidiennement par exemple.

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SGI DMF - 6 -

Ensuite, en cas de besoin, la purge des disques de premier niveau est immédiate puisque la ou les

copies des données ont déjà été effectuées. L’état d’un fichier varie donc au cours du temps, il est

représenté sur la figure qui suit.

DMF peut offrir plusieurs copies migrées à un même fichier, éventuellement sur des supports de types différents. Le

nombre et l’emplacement des copies sont paramétrables. DMF permet ainsi l’établissement d’une hiérarchie de

supports, parmi divers types :

• Disques plus performants, plus onéreux (SSD, Fibre Channel, SAS par exemple)

• Disques plus capacitifs, moins onéreux (SATA)

• Bandes magnétiques plus performantes/fiables, plus onéreuses (de type T10000B par exemple)

• Bandes magnétiques moins onéreuses (LTO ou AIT)

• Supports ou systèmes hôtes distants

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SGI DMF - 7 -

DMF permet de disposer de plusieurs niveaux de stockage. Tout niveau est accessible par DMF à

travers les gestionnaires de disques magnétiques ou de bandes magnétiques standards du système

d’exploitation, donc il peut être indifféremment robotisé ou manuel. En cas d'accès manuel aux bandes, l'interface

opérateur comprend les demandes de montage et l’état en cours des lecteurs manuels.

Le déplacement des fichiers d'un niveau à l'autre est réalisé automatiquement. Le second niveau, lorsqu’il est

composé de disques capacitifs, est traité avec ses propres critères de remplissage et de libération d’espace, à l’instar

du premier niveau disque.

Nombre de copies et emplacements

Le nombre de copies et les emplacements des fichiers peuvent être sélectionnés selon des critères traditionnels

comme la taille, l'appartenance à un groupe d’utilisateurs, l’âge ou toute combinaison de ceux-ci. L’exploitant a donc

le choix du nombre de copies d'un fichier et de leurs emplacements.

Outre la prise en compte de ces critères traditionnels, DMF permet de définir la totalité des politiques de

fonctionnement selon des critères propres aux sites. Une étiquette / identifiant peut être associée à chaque fichier,

les politiques sont alors élaborées en fonction de ces étiquettes en sus des critères classiques. DMF fournit des

canevas de politiques sous forme de procédures dans un langage proche de C++, qui peuvent être modifiées selon les

besoins du site. Les politiques disponibles sont applicables lors de la création, de la migration, du rappel ou de la

destruction du fichier. Cela permet en particulier la modification du comportement de DMF pour des fichiers

particuliers, sans changement de la politique globale.

Les étiquettes de fichiers ont les caractéristiques suivantes.

• dissociation de l'identifiant du fichier de ses attributs classiques: nom, propriétaire, etc. ;

• entier 32 bits offrant une étiquette propre, sans signification ni poids pour DMF ;

• association aux attributs du fichier et non pas à l'inode : l’implantation est donc purement liée à DMF ;

• assignation avant ou après la création du fichier ;

• utilisation possible comme critères de politique DMF.

Ce processus d’implantation des politiques s’inscrit dans une gestion fine du cycle de vie des données. Le schéma

suivant présente (en mauve) les possibilités offertes par DMF en la matière.

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SGI DMF - 8 -

Un même fichier peut donc être stocké sous forme de plusieurs copies distinctes, sur des supports de type identique

ou distincts. En cas de types identiques, les copies seront situées sur des volumes distincts. Le gestionnaire d’un type

de support dans DMF s’assure que deux copies d’un même fichier ne seront jamais stockées sur le même volume. Cela

peut poser le problème de manque de volumes d’un même type, du fait d’un trop grand nombre de copies.

L'opérateur est automatiquement prévenu lorsque le nombre de volumes disponibles est inférieur à un seuil

configurable.

Rappelons que l’emplacement et le nombre de copies d’un même fichier sont totalement transparents à l’utilisateur.

Seul l’emploi d’une commande spécifique à DMF permet de visualiser les attributs liés à la migration pour un fichier.

Migration partielle d’un fichier

Afin de pouvoir constater immédiatement le contenu d’une partie d’un fichier, il est possible de laisser sur disque de

premier niveau tout ou partie d’un fichier en cas de purge du disque. Ainsi les fichiers en deçà d’une certaine taille

peuvent demeurer entièrement sur disque. Des fichiers de plus grande taille peuvent, tout en étant copiés

entièrement sur un autre support, conserver une partie sur disque, afin que l’utilisateur puisse connaître ou

comprendre le contenu du fichier sans avoir à le rappeler. Cette fonctionnalité est particulièrement utile dans le cas de

très grands fichiers dont le début est représentatif de leur contenu global, comme des vidéos numériques par

exemple.

Migration immédiate d'un fichier

DMF opère par morceaux de taille fixe, défini par l'exploitant, pour chaque support. Si le fichier a une taille dépassant

celle du morceau destiné à être écrit sur bande, le fichier sera ainsi migré immédiatement. Si le fichier est trop petit,

DMF attendra soit qu'un morceau soit complet, soit l’expiration d'un délai (paramétrable par type de support), avant

d'envoyer le morceau sur le support. Il s’agit du fonctionnement normal de DMF. Deux modes forcés existent

cependant.

1. Il est possible de demander à vider immédiatement les morceaux incomplets sur bande, par une commande

de "flush" dmdidle. Cela est surtout utilisé lorsqu’on souhaite arrêter rapidement DMF, la commande dmstop

provoquant alors ce vidage des tampons.

2. Outre les politiques définies par l’administrateur, la copie sur un support de stockage secondaire peut être

demandée explicitement par la commande dmput, sans attendre la migration automatique. Il est possible

d’éviter le cache disque, en passant par la commande dmput -r, qui force la migration si elle n’a pas eu lieu,

tout en libérant l’espace disque ligne.

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SGI DMF - 9 -

Copies distantes

Les copies peuvent être locales au centre de données ou situées sur un centre distant à des fins de prévention de

sinistre. Dans ce cas, la copie peut être créée de manière usuelle, directement par DMF, si le site distant est accessible

via un SAN étendu, comme représenté sur la figure suivante.

La copie peut également être créée par le biais d’un serveur situé sur le site distant, serveur auquel les données sont

envoyées directement par DMF via IP.

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SGI DMF - 10 -

1.3.2 Rappel de fichier

Le rappel d’un fichier absent des disques de premier niveau est automatique en cas d’accès au fichier par une

application ou un utilisateur. Ce rappel peut également être invoqué explicitement par la commande dmget,

préalablement à tout autre accès.

Il existe deux modes de rapatriement d’un fichier. Le premier mode consiste à rendre la main à l’application, une fois

que le fichier entier a été rappelé sur disque. Le second permet à l’application de travailler sur le fichier dès qu’une

petite partie est présente sur disque. Ces modes sont exclusifs l’un de l’autre et portent sur l’ensemble des fichiers

gérés par DMF au sein d’un système de fichiers. Le second mode n’est utile que lorsque le fichier rappelé réside sur un

support de type bande magnétique ; il ralentit notablement le fonctionnement lorsque les E/S sur le fichier (lecture

principalement, car l’écriture invalide la version existante sur bande) sont de petite taille, soit inférieures à 256 ko.

Cependant ce mode présente l’avantage d’accélérer notablement l’accès au début du fichier, ce qui permet à

l’utilisateur de déterminer si le fichier rappelé est pertinent ou non pour lui. Cela est particulièrement utile dans le cas

de fichiers vidéo, où quelques images permettent de deviner le contenu global du fichier, ou dans le cas où un en-tête

descriptif est incorporé avant les données.

Il existe une autre méthode permettant d’accélérer l’accès aux fichiers migrés. La configuration et les commandes

utilisateurs de DMF permettent de spécifier que telle ou telle partie du fichier (intervalle d’octets) soit rappelée sur

disque. Ainsi, par exemple, les débuts de fichiers peuvent être rapatriés sur disque systématiquement, ce qui permet à

l’usager de découvrir le contenu du fichier, sans avoir à rapatrier la totalité. Cette restauration partielle nécessite que

l’application connaisse l’emplacement à l’octet près des données dans le fichier, ce qui est notamment le cas dans les

clips vidéo, où le timecode est associé à une position dans le fichier.

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1.3.3 Suppression de fichier

La destruction de fichiers est strictement celle des UNIX (POSIX) standards. DMF n’impose rien en cette matière : rm

fonctionne comme à l’ordinaire. La commande sera très légèrement plus longue à exécuter du fait de l’écriture d’un

champ dans la base de données interne des fichiers, pour chaque fichier détruit.

La suppression d’un fichier par un utilisateur se traduit donc par un changement d’état logique dans la base de

données interne de DMF. Le fichier est alors dit « soft-deleted ». Les copies du fichier sur bandes ou tout support de

second niveau (ou troisième …) ne sont pas détruites. Elles le seront uniquement lorsque l’administrateur passera une

procédure de destruction (« hard-delete ») des fichiers sur le support de second niveau, par la commande dmhdelete.

Tant que les copies n’ont pas été détruites par cette commande, le fichier pourra être restauré à l’identique avec tous

ses attributs.

La procédure de destruction des copies peut être invoquée pour les fichiers détruits depuis une certaine date ou

depuis un certain nombre de journées. Ce mécanisme de corbeille est entièrement sous le contrôle de l’administrateur

de manière à éviter que l’utilisateur puisse jouer avec cette fonction afin d’échapper à des seuils de quotas sur disque.

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1.3.4 Métadonnées de DMF

DMF fonctionne avec trois types de bases de données :

• la base de données interne au démon contenant tous les fichiers et les pointeurs vers les agents chargés d'assurer

les copies ;

• pour chaque agent une base de données décrit les volumes, leur état de remplissage, leur disponibilité, leur état

d'éligibilité pour défragmentation, etc. ;

• pour chaque agent une base de données décrit la correspondance entre les fichiers et les morceaux écrits sur

bande, puisque DMF écrit les volumes bandes par morceaux de taille fixe, paramètre variable selon les agents.

De préférence toutes les métadonnées de DMF (bases de données, journaux, files d’attente de transactions) sont

situées sur des disques distincts et indépendants des disques de données. Il est recommandé que ces disques de

métadonnées soient doublés (en miroir par exemple).

Outre la redondance physique des disques, DMF offre des mécanismes de préservation de l’intégrité des informations

sensibles contenues dans les bases de données :

• DMF utilise des fichiers journalisés afin d’enregistrer les transactions sur les bases de données. Dans l’éventualité

d’une interruption imprévue, les journaux peuvent être rejoués.

• Des utilitaires permettent de scruter la cohérence et l’intégrité des bases de données, d’un point de vue structurel

(commande dmdbcheck fonctionnant sans surcharge) ou du point de vue des données (commandes dmaudit et

dmatvfy). Ces utilitaires permettent de diagnostiquer les incohérences entre les systèmes de fichiers et les bases

de données internes à DMF. Deux niveaux de cohérence des bases de données existent : disque - base de données

du démon, vérifié par dmaudit, base de données du démon - base de données des agents, vérifié par dmatvfy.

L’utilitaire dmaudit est très complet et doit être utilisé périodiquement, quotidiennement de manière usuelle. La

vérification de cohérence par dmaudit se fait en parallèle avec l'exploitation courante sans retarder le

fonctionnement.

En cas d’arrêt inopiné du système, le redémarrage sera rapide, puisque le gestionnaire de fichiers sur systèmes SGI est

un gestionnaire journalisé. La restauration de la cohérence des systèmes de fichiers sera réalisée par examen d’un

journal de transactions et non par l’examen de l’ensemble des fichiers et de leurs attributs, comme avec fsck.

Journaux

Il existe plusieurs fichiers journaux: un pour le démon DMF, un par agent. DMF crée un journal de chaque type par

journée. Les messages des logs sont préfixés par la date et l'émetteur. Les informations sur l'activité du démon et des

bandes sont récapitulées périodiquement dans chaque log : requêtes de chaque type, performance, etc. Les fichiers

logs se trouvent sous /usr/spool/dmf.

Sauvegarde des métadonnées

De même que les données sont dupliquées par le fonctionnement usuel de DMF, DMF inclut des procédures de

sauvegarde automatique de l’ensemble de ses métadonnées, ainsi que des métadonnées des fichiers, qui n’ont pas

été traitées, puisque seules les données sont copiées. Ces sauvegardes peuvent être réalisées sur tout support disque

ou bande.

La commande dmsnap permet de prendre des images cohérentes des bases de données, images pouvant ensuite être

transférées sur tout médium, au choix de l’exploitant. Ces copies de sauvegarde associées aux journaux des

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SGI DMF - 13 -

transactions permettent de redémarrer au plus prêt de l’état courant. Cette commande peut être passée en ligne sans

geler l’activité de DMF pour autant. Son temps d'exécution est très rapide.

Le schéma suivant montre les dernières étapes de la vie d’un fichier avec ses métadonnées.

Signalons enfin, que suite à une perte de fichiers sur disques, l’utilitaire dmfill permet de forcer le rapatriement de

nombreux fichiers d’un système de fichiers, de manière à éviter le rappel au coup par coup suivant les demandes

utilisateurs. Ceci permet de diminuer le nombre de montages de volumes lors d’une restauration.

Grâce au moteur de base de données utilisé par DMF, il n'est pas nécessaire de réorganiser / compacter les bases de

données de DMF.

Reprise sur incidents

L'utilitaire dmdbrecover permet de restituer les bases de données depuis les journaux de transactions et une version

précédente des bases de données.

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1.3.5 Gestion du support bande magnétique

L’écriture et la lecture des données sur bandes magnétiques présentent plusieurs caractéristiques qui les différencient

de l’écriture / lecture sur un support disque. Celles-ci sont ici indiquées pour la migration puis pour le rappel.

Migration : Groupement de fichiers

DMF permet de différencier le volume de stockage selon la taille du fichier. De ce point de vue la destination des

fichiers pourrait être optimisée selon la performance du support vis-à-vis de la taille de fichier. DMF regroupe les

fichiers en morceaux d’une taille définie pour chaque support. Cette taille est configurée par l’administrateur. Ainsi

sont écrits sur bandes non pas des fichiers directement, mais des ensembles de fichiers. Donc, lorsque la taille des

fichiers est petite par rapport à la taille du morceau, les fichiers sont automatiquement regroupés par DMF avant

l’écriture sur bande. De même dans le cas de rappel de fichier, seuls les fichiers demandés sont extraits du morceau lu

depuis la bande.

Migration en parallèle sur plusieurs cassettes

L’agent responsable du transfert des fichiers entre les disques et les volumes de stockage secondaire est propre au

type de support Il peut y avoir des agents distincts selon le type de support ou selon la bandothèque de stockage. Pour

chaque agent, le nombre de processus de recopie sur bande est paramétrable. Donc à fortiori ce nombre est

configurable pour l'ensemble de la migration. L’agent peut être associé d'une part à un niveau hiérarchique secondaire

ou tertiaire, et d'autre part à des bandes gérées par une bandothèque ou manuellement.

Migration : Taille utile de volume bande

La taille utile des volumes bandes est inconnue du fait de la compression réalisée à la volée par les lecteurs bandes,

compression dont le taux varie selon les données elles-mêmes. Néanmoins, les volumes bandes peuvent être utilisés

au maximum de leur capacité, grâce à :

• la possibilité d'ajout de fichiers après des fichiers déjà écrits, jusqu'à la fin du volume,

• la gestion de volumes de capacité inconnue, notamment s'il y a compression des données,

• la possibilité de se positionner rapidement sur un volume, par bloc physique plutôt que par bloc de données.

Migration : Lecteurs utilisables

DMF n'a pas besoin de lecteurs réservés. Ils sont attribués par le logiciel de gestion des bandes aux applications qui en

font la demande. Le nombre maximal de lecteurs utilisable pour la migration est paramétrable par bandothèque.

Migration : Performances

DMF traite la copie des données sur bandes par un processus en trois étapes : lecture des données depuis le disque,

calcul des sommes de contrôle de chaque bloc DMF sur bande et de la signature du fichier, écriture sur bandes. Ces

trois étapes se déroulent simultanément, sur des données distinctes bien entendu, afin de soutenir le taux nominal

d’écriture sur le lecteur. De cette manière DMF tire des lecteurs bandes magnétiques les meilleures performances

possibles.

De par les accès mémoire engendrés (lecture de données, calculs, écriture des données), il s’agit de l’opération la plus

consommatrice de ressources du serveur au cours du fonctionnement de DMF. Afin de ne pas contraindre les

opérations de DMF par la puissance du serveur, DMF offre un schéma d’architecture supplémentaire au schéma

originel, à savoir toutes les fonctions de DMF sont prises en charge par un seul serveur. Depuis sa version de début

2009, DMF permet d’étendre la fonction de transport des données à plusieurs serveurs, à la fois pour l’opération de

copie sur bandes et pour le rappel. Le ou les serveurs de transport partagent le même espace disque de premier

niveau que le serveur DMF, et se chargent du va-et-vient des données entre disques et bandes. Le serveur DMF ne

constitue plus un goulot d’étranglement pour les performances de transfert de données vers les bandes magnétiques,

plusieurs serveurs peuvent être utilisés à cette fin. Cette fonction est surtout utile pour le processus de migration, le

processus de rappel portant plus rarement sur des transports de très grandes quantités de données à très haut débit

cumulé.

Le principe est schématisé ci-après ; le produit de partage de fichiers utilisé est le produit SGI CXFS, mais le principe de

fonctionnement est indépendant du produit particulier, la seule contrainte est que les différents serveurs soient reliés

à un espace de disques communs, une architecture de type SAN est alors appropriée.

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Rappel multi-volume

En cas de rappel d’un fichier (lecture) s’étendant sur plusieurs volumes, le volume suivant est monté par anticipation

automatiquement si un lecteur est disponible. La taille d’un fichier n’est pas limitée par DMF. Il n’y a pas de limite au

nombre de volumes bandes que DMF peut gérer. De plus, le nombre de fichiers par cassette n'est pas limité,

autrement que par la taille de ladite cassette et du taux de compression de données obtenu en pratique.

Rappel : delay dismount

Après le rappel d’un fichier depuis un volume bande, ce volume reste monté pour une durée configurable par

l’administrateur afin de pouvoir capturer d’autres requêtes proches dans le temps pour le même volume, sans

nécessiter un nouveau démontage / montage de volume, opération coûteuse en temps.

Rappel : Performances

De manière générale, DMF gère une file d’attente des requêtes en cours, qu’elles soient de migration ou de rappel. Les

requêtes de rappel sont classées par volume bande cible, et, au sein de chaque volume bande, sont ordonnées afin

d’éviter le plus possible les temps de positionnement sur bandes qui sont souvent très longs. Ce mécanisme est

représenté sur la figure qui suit.

De plus, DMF tient compte de l’écart qui sépare deux blocs de données sur la même bande, blocs qui sont consécutifs

dans la file d’attente réordonnée mais qui ne sont pas adjacents sur la bande. Si l’écart est réduit, alors DMF lit la

bande séquentiellement afin d’éviter un temps de positionnement supplémentaire, les données inutiles sont alors

rejetées en cours de lecture. Cet écart varie selon les types de bandes, selon qu’elles soient à temps de

positionnement rapide ou lent. Le principe de ceci est illustré ci-après.

Page 16: SGI Data Migration Facility

SGI DMF - 16 -

Défragmentation

Les fichiers étant migrés sur les bandes, la destruction de fichiers par l'utilisateur provoque des intervalles non utilisés

sur les bandes. Un outil de défragmentation permet de remédier à ce problème. Les données actives de certains

volumes partiellement remplis sont recopiées sur un volume neuf, libérant ces volumes.

Cette procédure de défragmentation peut être initiée à la demande, aux heures creuses de préférence ou bien se

dérouler de façon permanente. Chaque agent est paramétré avec des limites de ressources utilisables pendant

l’opération de défragmentation. Ces limites portent sur l’espace tampon disque utilisable, la taille de morceau de

bande la plus grande stockée sur disque pendant cette opération, le nombre maximum de processus générés lors de

cette opération.

La défragmentation se déroule usuellement avec DMF de façon permanente, en parallèle avec les autres activités des

agents, sans déborder les ressources qui lui sont assignées. Elle se suspend automatiquement en cas d'augmentation

des activités prioritaires de DMF : migration et rappel.

De plus l’outil de défragmentation permet sur option de réaliser le transfert volume à volume, sans passer par le

tampon disque, via une “socket”. Ce mécanisme a l’avantage de ne pas encombrer les disques, mais présente

l’inconvénient de réserver deux lecteurs bandes simultanément, ce qui n’est pas le cas de la procédure usuelle où les

bandes sont montées tour à tour sur le même lecteur. Cette possibilité est certainement avantageuse pour les

volumes relativement remplis, où la latence due au montage des deux bandes est compensée par la rapidité du

transfert, mais n’est pas conseillée pour les bandes très faiblement remplies. Le choix peut être réalisé lors de la

sélection des volumes à recycler par la commande dmvoladm select. Une fois ce choix fait, le processus de

défragmentation utilise les moments de relative inactivité pour opérer, ou bien profite de ce qu'une bande à recycler

soit montée pour une opération de rappel pour en retirer des blocs vers le disque ou vers une bande cible.

Signalons enfin, que l’utilitaire de défragmentation peut utiliser l’outil de récupération des données en cas de support

défaillant.

Page 17: SGI Data Migration Facility

SGI DMF - 17 -

Gestion du parc de volumes bandes

La gestion du parc de bandes se fait au travers d’un gestionnaire de ressources général, traitant à la

fois les volumes bandes et les lecteurs. Outre les modes classiques de gestion des volumes - fonds commun de

volumes scratch, droits d’accès - cette fonctionnalité permet une séparation des utilisateurs et un ordonnancement

personnalisé des requêtes à DMF. Pour une même bibliothèque robotisée, DMF gère des groupes de volumes

disjoints. La sélection des groupes sera réalisée selon des critères d’âge, d’ancienneté, d’identité du propriétaire (ou

du groupe d’utilisateurs dont fait partie le propriétaire). Ces critères peuvent être mélangés afin de définir les

caractéristiques d’un groupe de volumes. Les politiques d’allocation de lecteurs peuvent aussi être fondées sur des

critères de poids relatifs des divers groupes utilisateurs (fair-share, équilibrage de charge) ou sur des critères propres

au centre de données.

Stockage sur étagère

La gestion de supports hors-ligne est prise en charge par DMF. En cas de rappel d’un fichier situé sur une bande

présente sur étagère, une demande de montage est alors envoyée à l’opérateur pour monter le volume sur un lecteur.

Les volumes peuvent être initialement écrits à l’intérieur de la bandothèque, puis extraits de cette bandothèque pour

être placés ensuite sur étagère. Les bandes destinées à être placées sur étagère appartiennent à des groupes

particuliers non entièrement gérés par la bandothèque. Dans ce cas, un traitement manuel est associé à ces groupe de

volumes, permettant au logiciel de migration DMF d’invoquer l’opérateur directement, et non pas la bandothèque de

façon automatique, comme c’est le cas par défaut. Le lecteur manuel peut être situé dans la même salle ou à distance.

Comptabilité Audit

Afin de lister les fichiers stockés et leurs informations associées, DMF offre deux produits :

• la commande dmfind donnant les informations habituelles de find et l’état vis-à-vis de la migration

• les commandes dmdadm option dump et dmcatadm, permettant de sortir une version texte de la base de

données, où est enregistrée la correspondance entre fichier et volume bande.

Une procédure mêlant ces deux sources d'informations permet de lister l'ensemble des fichiers et leurs

caractéristiques relatives à la migration. Si l'on ne tient pas compte des volumes bandes, la construction de la liste de

fichiers est rapide, au plus quelques minutes. La commande dmfind en elle-même est en effet relativement rapide, la

sortie de la base de données étant plus longue. La commande dmfind permet notamment de lister les fichiers d'un

utilisateur particulier.

Gestion du vieillissement et des erreurs

Les volumes bandes risquent de s’endommager au cours du temps, mêmes dans des conditions optimales de

conservation. Le mieux est de les « aérer » de temps en temps, une simple lecture complète est la procédure usuelle

d’aération. Afin de pouvoir diagnostiquer si un volume est en cours de dégradation ou bien toujours en bon état, DMF

dispose d’un utilitaire qui permet de vérifier périodiquement l’état des volumes qui n’ont pas été accédés depuis un

certain temps. L’utilitaire dmatsnf vérifie la lisibilité des volumes bande, ou réalise un rapport sur le contenu de ceux-

ci. Plusieurs types de rapport plus ou moins détaillés peuvent être produits, selon des critères simples (VSN du

volume) ou plus complexes (zones devant être vérifiées). Cet outil est dit de « tape sniffing » ; il peut donc être

invoqué périodiquement, une période de six mois ou d’un an est recommandée, afin de détecter la détérioration

éventuelle des volumes bande et de déclencher automatiquement une recopie automatique globale vers un volume

vierge afin de prévenir l’apparition d’erreurs de lecture non recouvrables qui entraîneraient une perte de données.

DMF gère ainsi le vieillissement des volumes bandes et permet à l’administrateur de s’affranchir de cette tâche

fastidieuse.

DMF prend en charge automatiquement les cycles de nettoyage des lecteurs et montent périodiquement les cassettes

de nettoyage selon des paramètres, fixés par défaut à la valeur recommandée par le constructeur des lecteurs.

En cas de défaillance d’un lecteur ou en raison d’un lot de bandes défectueux, il est parfois bien difficile pour un

logiciel de gestion de bandes magnétiques de déterminer la cause des erreurs et de procéder à un juste diagnostic.

L’utilisation d’un historique des erreurs par lecteur et par volume permet à DMF de discerner les erreurs provenant

des volumes bandes de celles provenant des lecteurs ou de la bandothèque, et de différencier les erreurs temporaires

et permanentes.

Ainsi l’exploitant est mieux informé de la cause des erreurs de traitement des bandes magnétiques, des manipulations

de changement de statut de lecteurs ou de volumes lui sont épargnées.

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SGI DMF - 18 -

1.4 DMF et l’archive

Comme pour tout HSM, DMF permet de disposer de plusieurs niveaux de stockage. Tout niveau est accessible par

DMF à travers les gestionnaires standards de disques magnétiques ou de bandes magnétiques du serveur LINUX. Cette

gestion simultanée de nombreux types de supports offre deux avantages qui permettent à DMF d’être utilisé pour la

conservation de données sur le long terme telles que des archives.

Le premier avantage est pour le gestionnaire du centre de données de pouvoir sélectionner les technologies les plus

adaptées au fonctionnement recherché. Pour un archivage entièrement sur disques, il est ainsi possible de profiter des

plus récentes technologies dans ce secteur : les disques mémoire (SSD) et les disques D-MAID. Comme schématisé par

la figure suivante, une simple architecture DMF à deux niveaux disques fait bénéficier le centre de données des

avantages de ces deux technologies. Le premier niveau de disques SSD, visible par les utilisateurs, contient

uniquement les métadonnées, et de par sa nature offre de grandes performances d’accès sur ces métadonnées, les

E/S sur ce type d’informations étant de style transactionnel, quant au second niveau en disques D-MAID il peut

accueillir les données archivées, l’état dormant des disques prolongeant leur durée de vie sur support disque.

Le second avantage est probablement le plus important, il s’agit de surmonter l’obstacle principal des solutions

d’archivage : comment s’affranchir de la disparition d’une technologie de support ? DMF prend en charge le

déplacement des données d'un type de support à un autre par simple demande de l’exploitant. Lorsqu’une

technologie, qu’elle soit liée à un support de type disque ou à un support de type bande, est en voie de disparition, ou

bien lorsqu’un centre de données souhaite disposer d’une technologie plus récente, DMF permet de réaliser

automatiquement le passage des données d’une technologie à une autre. Ainsi, pour les supports de type bande

magnétique, la commande dmmove réalise le transfert des données de bandes d’un type à bandes d’un autre type,

en arrière-plan de l’exploitation normale, sans que l’administrateur n’ait autre chose à faire que de surveiller la

progression de l’opération. Le principe de ce changement est représenté sur le schéma qui suit.

Lors de ce changement, les métadonnées d’appartenance d’un fichier à tel ou tel volume bande sont transformées,

alors que les métadonnées du fichier sur disque demeurent inchangées du fait des multiples niveaux des bases de

données internes de DMF. L’opération est donc totalement transparente à l’utilisateur.

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SGI DMF - 19 -

Pour l’espace disque de premier niveau, le transport vers un autre emplacement de type disque est

également réalisable avec DMF. Ainsi, un fichier peut être déplacé d’un espace disque à un autre sans

avoir à recréer de copie sur bande. En théorie, lors d’un tel déplacement, la copie devrait être invalidée car il s’agit de

la destruction du fichier et de la création d’un nouveau. Afin de pouvoir déplacer de grandes masses de fichiers sans

toucher aux copies bandes, DMF permet de réaliser ce déplacement sans aucune opération de lecture écriture sur

bande. Les métadonnées disques sont donc modifiées – la résidence sur disque – sans que les métadonnées de

résidence sur bandes ne changent. Ce mécanisme répond à deux besoins : aux demandes de déplacement

d’ensembles de fichiers (projets) selon leur importance instantanée, s’insérant dans une politique plus générale de

gestion du cycle de vie, et à la transformation de la technologie des supports disques.

1.5 Intégration de DMF

DMF s’intègre dans un environnement existant puisqu’il fonctionne sur un serveur de fichiers traditionnel équivalent à

une tête NAS, et qu’il permet de reprendre rapidement l’activité d’un serveur et d’un logiciel différents. De même

l’architecture simple de DMF peut être étendue dans un environnement haute disponibilité ou dans un cluster de

systèmes partageant des fichiers communs. Ces différents points sont précisés dans cette section.

1.5.1 Accès standard aux données

POSIX

Puisque DMF repose sur le gestionnaire de fichiers natif du système d’exploitation XFS, toutes les commandes

utilisateur sur les fichiers respectent donc les normes POSIX. Les temps de réponse sont semblables à ceux de fichiers

non gérés par DMF pour les commandes classiques. La limite de taille des fichiers traités par DMF est simplement la

taille maximale des fichiers sous XFS, dépassant donc 9 Téraoctets.

La visualisation des attributs de fichiers, notamment leur état vis-à-vis de la migration, est possible via la commande

dmattr. La commande dmls est une extension à la commande ls permettant de visualiser rapidement l’état de

migration d’un fichier. Ces deux commandes pourraient être utilisées préalablement à l’invocation d’une commande

telle que grep, afin de ne pas rapatrier tous les fichiers depuis un niveau hiérarchique secondaire ou tertiaire. La

commande étendue dmfind permet de traiter le cas des fichiers migrés dans une commande find sans forcer leur

rappel systématique. De même les autres commandes de fichiers fonctionnent de la façon standard POSIX.

Les autorisations d’accès sont gérées par le gestionnaire de fichiers XFS, totalement conforme à POSIX de ce point de

vue. Le fonctionnement usuel d’UNIX (masque de droits) est assuré par XFS. DMF se repose sur XFS pour cette

fonctionnalité.

Quotas

XFS offre une fonctionnalité de quotas sur les disques en ligne. Cette fonctionnalité de quotas peut être appliquée à un

ou plusieurs systèmes de fichiers gérés par XFS. Un utilisateur reçoit alors des limites en volume et en nombre de

fichiers par système de fichiers Deux niveaux de limites existent : le premier destiné à prévenir l’utilisateur, mais

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SGI DMF - 20 -

laissant une marge pour les travaux en cours, le second que l’utilisateur ne peut pas dépasser. Ces

limites sont consultables par l’utilisateur par la commande quota. Les quotas peuvent être activés et

désactivés par simple commande de l’exploitant.

Par ailleurs, DMF offre avec la commande dmdu une extension de la commande standard du permettant de connaître

l’utilisation des espaces de stockage par l’utilisateur, quel que soit l’emplacement de leurs fichiers.

Démarrage / Arrêt

Du fait du système de fichiers XFS, la durée de mise en route de la machine est très courte puisque XFS est un système

de fichiers journalisé. Le temps de redémarrage est ainsi proportionnel à l'activité d'E/S au moment de l'arrêt, et non

pas au nombre de fichiers présents.

Une fois configuré, le lancement de DMF est très rapide. Il s’agit principalement du démarrage du démon, qui est

généralement intégré aux procédures de démarrage générales. La commande dmdidle permet de vider sur bande

toutes les données en attente, même si leur volume est insuffisant pour remplir un morceau normal écrit sur le

support (rappelons qu’il s’agit d’un paramètre de configuration).

L’arrêt de DMF via la commande spécifique dmstop est également très rapide, si aucune écriture ou lecture sur bande

n’est en cours.

1.5.2 Accès depuis des hôtes présents sur le réseau local

DMF inter opère avec des services de transport de données tels que NFS, SAMBA ou FTP. Les utilisateurs présents sur

d'autres machines du réseau que celle support de DMF ont la possibilité d'invoquer des commandes de migration, de

rapatriement, de demande d’état d’un fichier dans certaines configurations. Ces configurations imposent que

l’'utilisateur ait bien entendu une visibilité des fichiers traités par DMF. Deux moyens de partage des fichiers

permettent cette visibilité.

• Export des systèmes de fichiers par NFS ou SAMBA, à travers un réseau local IP traditionnel.

• Partage par un logiciel de partage de fichiers, type SGI CXFS, les machines accédant aux mêmes disques à

travers un SAN.

Dans le deuxième cas de figure, DMF et CXFS s’intègrent l’un à l’autre pour permettre à tout utilisateur travaillant sur

un serveur au sein d’un groupe de partage de disposer d’un espace disque commun étendu virtuellement à un espace

de second niveau, comme indiqué figure suivante.

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SGI DMF - 21 -

1.5.3 Haute disponibilité

Le serveur DMF peut être doublé par un serveur de secours à même de reprendre le service de fichiers en cas de

défaillance du serveur nominal. Les serveurs DMF peuvent être placés sous le contrôle de logiciels de haute

disponibilité courants tels que Heartbeat ou Cluster Manager. Le seul impératif est l’accès mutuel aux espaces de

stockage de données et aux métadonnées DMF.

1.5.4 Reprise d’un existant

DMF offre une possibilité de transition d'un serveur de fichiers externe vers un serveur de fichiers DMF. Cette

fonctionnalité repose sur plusieurs outils :

• DMF offre en standard un agent transférant les fichiers par ftp vers/depuis une autre machine reliée au

travers d’un réseau TCP/IP

• La commande dmcapture qui récupère les métadonnées des systèmes de fichiers à convertir.

Le processus de conversion se déroule comme suit :

• définition d'un ou plusieurs systèmes de fichiers reprenant ceux du serveur externe avec l'attribut

IMPORT_ONLY ;

• récupération de toutes les métadonnées du serveur externe par la commande dmcapture, cette phase

nécessitant un arrêt momentané du service fichiers ;

• recréation sur le serveur DMF de la structure de fichier du serveur externe via la commande dmloadfs ;

• rapatriement de fichiers depuis le serveur externe, soit par grands volumes de données (commande dmfill),

soit à la demande lors d'un accès.

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SGI DMF - 22 -

Ainsi la transition vers le nouveau serveur de fichiers DMF est totalement transparente aux utilisateurs. Dès qu'un

fichier est accédé, il est rapatrié sur le serveur DMF via FTP automatiquement, et réside alors définitivement sur le

serveur DMF.

La transition peut être accélérée par des rapatriements massifs lors de périodes d’inactivité, mais ceci est mentionné à

titre indicatif, l’étude de la conversion préalablement à l’installation pouvant consolider ces idées.

1.6 Conclusion

Tel qu’il est actuellement, DMF a prouvé ses capacités dans des environnements de production intensive de grands

volumes de données à haut débit, et répond parfaitement aux demandes de performance et de fiabilité les plus

exigeantes. De plus, DMF est un outil parfaitement adapté à la réduction de la puissance électrique nécessaire à la

conservation des données. Rappelons simplement les données de base suivantes.

• Une bande sur étagère n’entraîne pas de consommation électrique ni de dissipation de chaleur ;

• Un disque performant de 300 Go tire environ 18,8 Watts soit 62,7 Watts / To ;

• Un disque SATA de 1 To tire approximativement 12 Watts / To ;

• Un disque D-MAID permet de baisser la consommation à 2 Watts / To ;

• Une hiérarchisation avec D-MAID réduit d’un facteur d’environ trente la consommation électrique de la

partie disques.

Puisque DMF place automatiquement la donnée sur le niveau approprié, la consommation électrique répond

strictement aux critères de besoin d’accès de la donnée au fil du temps, et peut être réduite selon l’utilisation de la

donnée, sans être conditionnée uniquement par la quantité brute de stockage nécessaire.

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SGI DMF - 23 -

SGI InfiniteStorage : une offre simple et intégrée.

La gamme SGI InfiniteStorage associée aux clusters et serveurs SGI permet d’optimiser l’environnement

informatique en associant au mieux serveur et stockage pour garantir la pleine disponibilité des données

stratégiques de l’entreprise.

Les possibilités offertes par InfiniteStorage permettent de valoriser et d’accroître le rapport

prix/performances de votre infrastructure. Cette gamme de stockage offrent en effet des options complètes

favorisant la virtualisation, l’évolutivité, la protection de la croissance et la flexibilité qui permettent de mieux

rentabiliser les investissements

Les systèmes de fichiers parallèles sont des solutions intégrées dans l’offre InfiniteStorage de SGI. Ils offrent

le partage de fichiers sur un SAN ou un NAS hétérogène permettant de réduire de manière importante les

coûts et de simplifier la gestion des données de l’entreprise.

Avec Lustre, CXFS et Panasas SGI vous apporte les avantages des fonctionnalités du NAS avec les

performances du SAN et ceci tout en permettant une évolutivité linéaire de vos configurations et des

performances.

La mise en place de ces offres améliore considérablement, et de façon quantifiée, l’efficacité du flux des

données dans les entreprises permettant une facilitation de l’évolutivité des volumétries.

SGI DMF™ : Gérez le cycle de vos données en toute sécurité.

Vous cherchez à ce que les données de votre entreprise soient disponibles “tout simplement”. Qu’elles

viennent d’un disque, d’une bande, qu’elles soient locales ou distantes,

l’accès doit être transparent.

DMF gère les flux de données et garantit une parfaite disponibilité et

accessibilité à ces données avec un très haut niveau de sécurité et

d’évolutivité. Il simplifie considérablement les besoins de migration de

fichiers dans l’entreprise.

Il permet la hiérarchisation automatique des données en plaçant celles-ci

sur le support le plus approprié à son utilisation : SSD, SAS, SATA, FC, IB,

bande rapide ou capacitive. Ces mouvements de données se font de façon totalement transparente pour les

utilisateurs.

SGI COPAN 400 ™ : MAID et VTL

Les baies de disques COPAN fournissent une alternative aux bandes magnétiques pour la conservation sur le

moyen et le long terme des données. Afin de réduire l’inconvénient principal des disques magnétiques pour

cet objectif de conservation, les baies COPAN offrent la possibilité de mise hors tension des disques unitaires,

tout en permettant un « réveil » global des disques, puisque jusqu’à 50% des unités peuvent être

redémarrées en une seule fois.

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SGI France | 01 34 88 80 00 | [email protected] | www.sgi.com/global/fr

Silicon Graphics, SGI, SGI Altix, SGI NUMAFlex,, SGI InfiniteStorage, SGI CXFS, SGI DMF et le logo SGI sont des marques déposées. Toutes les autres marques mentionnées appartiennent à leurs

détenteurs respectifs.