Тенденции развития
Лекция 1. Тенденции развития современных инфраструктурных решений.
Краткая аннотация лекции:
В данной лекции рассматриваются основные этапы развития аппаратного и программного обеспечения. Проводится небольшой исторический обзор. Рассматриваются основные современные тенденции развития аппаратного обеспечения, основные требования к инфраструктуре. Рассматриваются современные тенденции развития инфраструктурных решений, которые привели к появлению концепции облачных вычислений.
Цель лекции:
Целью данной лекции является анализ современных тенденций развития аппаратного обеспечения, приведших к появлению технологий облачных вычислений.
Текст лекции:
Современные инфраструктурные решения.
С каждым годом требования бизнеса к непрерывности предоставления сервисов возрастают, а на устаревшем оборудовании обеспечить бесперебойное функционирование практически невозможно. В связи с этим крупнейшие ИТ-вендоры производят и внедряют более функциональные и надежные аппаратные и программные решения. Рассмотрим основные тенденции развития инфраструктурных решений, которые, так или иначе, способствовали появлению концепции облачных вычислений.
· Рост производительности компьютеров. Появление многопроцессорных и многоядерных вычислительных систем, развитие блейд-систем
Рекомендуемые материалы
· Появление систем и сетей хранения данных
· Консолидация инфраструктуры
Появление блэйд-систем
В процессе развития средств вычислительной техники всегда существовал большой класс задач, требующих высокой концентрации вычислительных средств. К ним можно отнести, например сложные ресурсоемкие вычисления (научные задачи, математическое моделирование), а так же задачи по обслуживанию большого числа пользователей (распределенные базы данных, Интернет-сервисы, хостинг).
Не так давно (порядка 5ти лет назад) производители процессоров достигли разумного ограничения наращивания мощности процессора, при котором его производительность очень высока при относительно низкой стоимости. При дальнейшем увеличении мощности процессора, необходимо было прибегать к нетрадиционным методам охлаждения процессоров, что достаточно неудобно и дорого. Оказалось, что для увеличения мощности вычислительного центра более эффективно, увеличить количество отдельных вычислительных модулей, а не их производительность. Это привело к появлению многопроцессорных, а позднее и многоядерных вычислительных систем. Появляются многопроцессорные системы, которые начитывают более 4 процессоров. На текущий момент существуют процессоры с количеством ядер 8 и более, каждое из которых эквивалентно по производительности. Увеличивается количество слотов для подключения модулей оперативной памяти, а также их емкость и скорость.
Увеличение числа вычислительных модулей в вычислительном центре требует новых подходов к размещению серверов, а также приводит к росту затрат на помещения для центров обработки данных, их электропитание, охлаждение и обслуживание.
Для решения этих проблем был создан новый тип серверов XXI века — модульные, чаще называемые Blade-серверами, или серверами-лезвиями (blade — лезвие). Преимущества Blade-серверов, первые модели которых были разработаны в 2001 г. изготовители описывают с помощью правила «1234». «По сравнению с обычными серверами при сравнимой производительности Blade-серверы занимают в два раза меньше места, потребляют в три раза меньше энергии и обходятся в четыре раза дешевле».
Рисунок 1.1 Типичный Blade-сервер (Sun Blade X6250)
Что представляет собой Blade-сервер? По определению, данному аналитической компании IDC Blade-сервер или лезвие - это модульная одноплатная компьютерная система, включающая процессор и память. Лезвия вставляются в специальное шасси с объединительной панелью (backplane), обеспечивающей им подключение к сети и подачу электропитания. Это шасси с лезвиями, является Blade-системой. 
Рисунок 1.2 Типичное 10U шасси для 10 Blade-серверов (Sun Blade 6000) используемое в УрГУ
Типичная блейд-система состоит из следующих компонентов:
1. Шасси
2. Питание
3. Охлаждение
4. Дисковая подсистема
5. Сеть
6. Управляющие блейды
Основная идея архитектуры блейдов - достижение максимальной удельной производительности системы благодаря применению формфактора с вертикальным расположением серверных модулей. В то время как традиционные серверные модули монтируются в стандартную серверную стойку горизонтально, применение специального шасси (корзины), в которое вертикально устанавливают серверы-лезвия, позволяет добиться более компактного размещения вычислительных модулей.Поскольку на размеры блейд-сервера накладываются ограничения, его громоздкие компоненты выносятся на шасси и становятся общими для всех блейдов, установленных в это шасси. Такой подход позволяет сократить общее число блоков питания, систем охлаждения и других подсистем при сохранении достаточного уровня надежности. Однако одновременно он требует применения сетевого и управляющего блейдов.
Шасси
Шасси для блейдов проще всего описать как серверную стойку, установленную горизонтально. На самом же деле устройство шасси гораздо сложнееи отвечает за бесперебойное отказоустойчивое питание и охлаждение каждого блейда, а иногда - за распределение нагрузки, дисковую подсистему, управление "лезвиями" и сетевые соединения.
Шасси содержит:
блоки питания,
блоки охлаждения,
KVM - выход клавиатуры, видео и мыши,
систему управления и мониторинга отдельных блейдов,
сетевые подсистемы.
В стандартную серверную стойку можно установить не более 42 серверов размера 1 U (один U - unit, или монтажная единица, равен 1,75 дюйма). Рассмотрим (для сравнения) систему на базе блейд-серверов компании Intel, применяющей шасси высотой 7U, в которое можно установить до 14 серверов-лезвий. В стандартной стойке высотой 42U можно разместить шесть таких шасси, соответственно максимальное число блейд-серверов в стойке составит 84, т. е. плотность вычислительных модулей вырастет вдвое по сравнению со стойкой, укомплектованной серверами 1U. Изготовители блейд-серверов предлагают самые разнообразные формфакторы шасси, описать которые можно как отношение высоты шасси к максимальному количеству блейдов в нем. Например, блейд-серверы компании Intel выполнены в формате 7/14. Ведущие изготовители блейд-серверов предлагают и другие формфакторы, такие, как 6/8, 7/10 и даже 19/10. Общепринятого отраслевого стандарта пока не существует. Недавно для разработки такого стандарта объединили усилия компании Intel и IBM, а поэтому можно предположить, что именно формат 7/14, обеспечивающий максимальную на сегодня плотность, получит наибольшее распространение. Впрочем, это не означает, что другие форматы сойдут со сцены.
Блейды большинства изготовителей монтируются в шасси вертикально. Однако есть и исключения: например блейды HP bh3710 устанавливаются горизонтально.
В шасси, как правило, можно ставить разные модели блейдов того же изготовителя: например, в шасси HP QuickBlade можно устанавливать блейды е- и р-класса (ProLiant BLIOe и ProLiant BL20p, ProLiant BL40p). Это чаще всего относится и к различным поколениям оборудования. Например, IBM обеспечивает и прямую, и обратную совместимость - новые модели блейдов этой компании можно устанавливать в старые модели шасси и наоборот. Поскольку стандарты на архитектуру блейдов и шасси еще не сформировались, блейды одного производителя обычно нельзя монтировать в шасси другого, и это один из существенных недостатков блейд-технологии.
Шасси могут быть смонтированы в обычную стойку 42U, 36U и 22U вместе с простыми серверами или другими шасси. Размеры шасси также могут варьироваться от 3U (Tatung TUD-3114) до 19U (Sun Blade 8000 Modular System), как и число серверов в шасси - от двух (HP ProLiant BL40) до 16 (HP ProLiant BL35p).
Питание
Общая система питания блейд-серверов размещена в шасси. Перенос громоздкого блока питания из сервера на шасси делает блейд-серверы компактнее. Кроме того, это позволяет снизить потребление энергии, выделение тепла, а также затраты на избыточность системы путем уменьшения общего числа БП. Обычные серверы оснащаются одним блоком питания каждый (а в отказоустойчивых моделях - двумя и более). В то же время на каждый блейд-сервер даже при использовании четырех блоков питания на шасси приходится в среднем 0,3-0,4 БП (при 10-14 "лезвиях" в шасси).
Суммарное потребление блейд-серверов зависит от фирмы-изготовителя, архитектуры, конфигурации "лезвий" и т. д. Необходимо учитывать, что в отличие от обычных серверов, в которых энергопотребление стойки - это суммарная мощность всех вычислительных модулей, в блейд-серверах к ней прибавляется и потребление шасси, а также специализированных (управляющих, сетевых, дисковых) блейдов. Тем не менее, в среднем энергопотребление стойки, заполненной блейд-серверами, как правило, меньше, чем при использовании обычных серверов, благодаря более удачной системе охлаждения, меньшей избыточности по блокам питания, применению менее "горячих" компонентов в самих "лезвиях".
Недостаток размещения системы электропитания в шасси - необходимость использования более мощных БП. Хотя энергопотребление одного "лезвия", как правило, меньше, чем обычного сервера сравнимой конфигурации, каждому блоку питания приходится выдерживать нагрузку из нескольких "лезвий". Поэтому серверные шасси практически всегда оснащаются БП мощностью не менее 2-3 кВт.
Охлаждение
Что касается охлаждения, то основные плюсы архитектуры блейд-серверов - это меньшее количество выделяемого тепла и возможность более эффективного охлаждения всей системы.
Воздушное охлаждение. Как и блоки питания, система охлаждения блейд-серверов, как правило, выносится на шасси. Задача системы охлаждения сводится к "продувке" воздуха сквозь корпус сервера от передней стенки к задней. Однако, в то время как у обычного сервера активное внутреннее охлаждение (помимо вентилятора БП несколько вентиляторов отводят воздух от радиаторов ЦП), в серверах-лезвиях применяется пассивное охлаждение внутренних компонентов. Вентиляторы (помимо встроенных в блоки питания) монтируются на задней стенке шасси в специальных сменных модулях, позволяющих быстро заменить вышедший из строя вентилятор.
Жидкостное охлаждение. Идея применения жидкости в качестве охлаждающего агента не нова, она была реализована еще для мейнфреймов. Первыми изготовителями систем жидкостного охлаждения для блейдов стали компании Hitachi (в 2003 г.), HP, Ege-nera и IBM. Преимущества жидкостного охлаждения по сравнению с воздушным:
более компактное,
более бесшумное,
более гибкий дизайн и возможности размещения,
более эффективное охлаждение множественных источников тепла,
использование вместе с вентилятором позволяет увеличить эффективность охлаждения, не изменяя при этом уровня шума.
Недостатки жидкостного охлаждения:
дороже воздушного,
требует новых навыков от персонала.
В настоящее время жидкостное охлаждение используется в блейд-системах в 10% центров обработки данных в США (данные конференции Datacenter Dynamics 2006, Нью-Йорк).
Жидкостная система охлаждения, предложенная компанией Hitachi, построена наиболее традиционно. Теплообменник устанавливается в основной части шасси, а тепло отводится по трубке с охлаждающей жидкостью, соединяющей блейд-отсек и теплообменник. Для циркуляции охлаждающей жидкости используется избыточное число насосов - в случае поломки одного система не остановится и продолжит работу на другом, позволив заменить сломанный.
Специализированные решения. Из-за большого числа высокопроизводительных компонентов блейд-серверы нередко требуют и специализированных эффективных систем отвода тепла. Одна из таких систем охлаждения, Modular Cooling System компании Hewlett-Packard, спроектирована так, чтобы предотвратить теплообмен между охлаждаемым пространством и воздухом серверной комнаты. Modular Cooling System - это охлаждаемый шкаф, внутри которого устанавливаются серверы-лезвия. Воздух циркулирует только внутри шкафа и охлаждается во встроенном модуле, подключенном к системе водоснабжения. Система охлаждения управляется специализированным ПО.
Дисковая подсистема
Как и обычные серверы, серверы-лезвия, как правило, имеют дисковую подсистему, состоящую из локальных жестких дисков. В обычных серверах используются высокопроизводительные 3,5-дюйм жесткие диски. Однако что касается построения блейд-серверов, существенный недостаток таких дисков - большое тепловыделение и большие размеры; поэтому в блейд-серверах применяют более компактные 2,5-дюйм диски.
Недостатки таких дисков очевидны: маленькие диски уступают 3,5-дюйм моделям по производительности из-за разницы в предельных скоростях вращения диска. Скорость вращения в современных 3,5-дюйм накопителях достигает 15 000 об/мин, в то время как только некоторые 2,5-дюйм модели обеспечивают 10 000 об/мин, а большинств - 7200 и даже 5400 об/мин. Вообще, диск - это дополнительное механическое устройство, работающее под большой нагрузкой. Оно не только выделяет тепло, но и уменьшает отказоустойчивость сервера, так как при поломке диска не всегда удается обойтись без останова сервера.
Нередко блейд-серверы используются для задач, не требующих большой емкости стационарного накопителя. В этом случае имеет смысл применять бездисковые блейды, например модели Hewlett-Packard или Egenera. Они могут оснащаться накопителем на основе флэш-памяти. Такие накопители надежнее, поскольку не имеют движущихся частей и энергонезависимы. В них предусмотрены стандартные дисковые интерфейсы (SCSI, ATA/IDE, Fibre Channel). Производительность флэш-накопителей - до 70 Мбайт/с при непрерывном чтении и 48 Мбайт/с при записи. Такие показатели производительности, сравнительно небольшой (до 4 Гбайт) объем памяти и (главное) ограниченное количество циклов перезаписи не позволяют применять флэш-накопители в качестве основного носителя. Тем не менее, для хранения и загрузки операционной системы их применение вполне оправданно: например, 1-, 2- или 4-Гбайт флэш-накопитель используется в блейде IBM , BladeCenter HS20 для загрузки ОС.
Однако наличие локальных накопителей вообще не обязательно для блейда - ПО и данные можно хранить на NAS или SAN. Бездисковый блейд, загружающийся с сетевого накопителя, не только более надежен, но ( и экономно расходует место на диске. Кроме того, его проще обслуживать - для системы с бездисковыми блейдами в сетевом хранилище создают образы для загрузки блейдов, что позволяет централизованно обновлять ПО и восстанавливать систему в случае сбоев.
Сеть
Каждому серверу, работающему в кластере или независимо, необходима сеть для обмена информацией с другими серверами и с пользователями, а также для управления. Сетевых интерфейсов может быть несколько - для обеспечения отказоустойчивости и увеличения пропускной способности сервера на случай передачи большого объема информации. При использовании сетевых дисков может быть по три сетевых интерфейса на каждый сервер: для внутренней сети кластера, для связи с дисковым устройством и для пользовательского интерфейса.
Первый вариант построения сетевой подсистемы - смонтировать ее в шасси. Недостаток такого решения - фиксированное число интерфейсов, что может стать ограничением для пропускной способности системы. Второй вариант - специальные сетевые "лезвия". Удобство этого решения в том, что сетевых блей-дов в одном шасси может быть несколько, увеличивается пропускная способность и надежность системы. Последний вариант - не выносить сетевую подсистему за пределы блейда, оставив на нем автономный интегрированный сетевой адаптер. Этот вариант реализован в серверах компании HP.
Часто изготовители используют два варианта одновременно: оставляют на сервере встроенный сетевой контроллер с одним или двумя интерфейсами Fast Ethernet или Gigabit Ethernet и выносят в шасси или сетевой блейд несколько интерфейсов Fibre Channel и Gigabit Ethernet. В качестве носителей для межсоединения используются Gigabit Ethernet, Infiniband и Fibre Channel.
Сетевые блейды могут выполнять функции простого многопортового концентратора, однако чаще используются блейды с функцией маршрутизатора. Такое решение позволяет обеспечить максимальную производительность сетевой инфраструктуры, что особенно важно для кластерных систем.
Управляющие блейды
Поскольку системная плата блейдов упрощена с целью экономии места и уменьшения количества выделяемого тепла, подсистема управления блейдами также вынесена за их пределы - либо в шасси, либо в отдельные управляющие блейды. Управляющие блейды собирают и контролируют информацию о напряжении питания, температуре процессора и скорости работы каждого блейда. Они могут включать и выключать отдельные "лезвия" и предоставлять интерфейс для дистанционного администрирования, что особенно удобно для инсталляции ОС и прикладного ПО при установке новых блейдов, а также при обновлении ОС и ПО всей системы.
Помимо управляющих и сетевых блейдов существуют и другие типы специальных модулей-"лезвий", устанавливаемых в блейд-шасси. Например, это могут быть системы хранения и резервного копирования, KVM-ne-реключатели, блоки портов ввода-вывода и БП.
Преимущества Blade-серверов
Рассмотрим основные преимущества блейд-систем:
Уникальная физическая конструкция. Архитектура блейд-систем основана на детально проработанной уникальной физической конструкции. Совместное использование таких ресурсов, как средства питания, охлаждения, коммутации и управления, снижает сложность и ликвидирует проблемы, которые характерны для более традиционных стоечных серверных инфраструктур.
Лучшие возможности управления и гибкость. Блейд-серверы принципиально отличаются от стоечных серверов тем, что серверная полка имеет интеллект в виде модулей управления, который отсутствует в стойках при размещении традиционных серверов. Для управления системой не требуется клавиатура, видео и мышь. Управление блейд системой осуществляется с помощью централизованного модуля управления и специального процессора удаленного управления на каждом блейд-сервере. Система управления шасси и серверами как правило имеют достаточно удобное программное обеспечение для управления. Появляются возможности удаленно управлять всей «Blade»-системой, в том числе управления электропитанием и сетью отдельных узлов.
Масштабируемость – при необходимости увеличение производительных мощностей, достаточно приобрести дополнительные лезвия и подключить к шасси. Серверы и инфраструктурные элементы в составе блейд-систем имеют меньший размер и занимают меньше места, чем аналогичные стоечные решения, что помогает экономить электроэнергию и пространство, выделенное для ИТ. Кроме того, благодаря модульной архитектуре, они являются более удобными во внедрении и модернизации.
Повышенная надежность. В традиционных стоечных средах для повышения надежности устанавливается дополнительное оборудование, средства коммутации и сетевые компоненты, обеспечивающие резервирование, что влечет за собой дополнительные расходы. Блейд-системы имеет встроенные средства резервирования, например предполагается наличие нескольких блоков питания, что позволяет при выходе из строя одного блока питания, обеспечивать бесперебойную работу всех серверов, расположенных в шасси. Также дублируются и охлаждающие компоненты. Выход из строя одного из вентяляторов не приводит к критическим последствиям. При выходе одного сервера из строя системный администратор просто заменяет лезвие на новое и затем в дистанционном режиме инсталлирует на него ОС и прикладное ПО.
Снижение эксплуатационных расходов. Применение блейд-архитектуры приводит к уменьшению энергопотребления и выделяемого тепла, а также к уменьшению занимаемого объема. Помимо уменьшения занимаемой площади в ЦОД, экономический эффект от перехода на лезвия имеет еще несколько составляющих. Поскольку в них входит меньше компонентов, чем в обычные стоечные серверы, и они часто используют низковольтные модели процессоров, что сокращаются требования к энергообеспечению и охлаждению машин. Инфраструктура блед систем является более простой в управлении, чем традиционные ИТ- инфраструктуры на стоечных серверах. В некоторых случаях блейд-системы позволили компаниям увеличить количество ресурсов под управлением одного администратора (серверы, коммутаторы и системы хранения) более чем в два раза. Управляющее программное обеспечение помогает ИТ-организациям экономить время благодаря возможности эффективного развертывания, мониторинга и контроля за инфраструктурой блейд-систем. Переход к серверной инфраструктуре, построенной из лезвий, позволяет реализовать интегрированное управление системы и отойти от прежней схемы работы Intel-серверов, когда каждому приложению выделялась отдельная машина. На практике это означает значительно более рациональное использование серверных ресурсов, уменьшение числа рутинных процедур (таких, как подключение кабелей), которые должен выполнять системный администратор, и экономию его рабочего времени.
Разумеется «Blade» имеют и недостатки:
отсутствие общего стандарта и общей платформы. Для пользователей это выражается в невозможности установить, например, Blade-сервер SUN в шасси IBM;
одна точка отказа в большинстве Blade-систем: само шасси — это точка отказа системы. Если шасси отказывает, то простаивают все установленные в него «лезвия», что, несомненно, наносит значительный урон бизнесу их владельца. Однако, надо понимать, что само шасси (корпус и backplane) это пассивный компонент повредить который можно лишь только физически;
«Blade» неэффективны для решения задач, требующих малого числа серверов (например, двух или трех). В этом случае выгоднее использовать обычные серверы, не переплачивая за шасси;
ограниченный класс приложений, выполняемых «Blade`ами»: поскольку Blade-серверы комплектуются одним или двумя процессорами, задачи, оптимизированные для традиционных серверов с большим числом процессоров, сложно переносить на «Blade»;
плохие возможности внутренней расширяемости Blade-серверов: отсутствие возможности устанавливать платы расширения в серверы (возможность установить одну низкопрофильную PCI –плату в некоторых моделях), малые объёмы оперативной памяти.
ограниченный размер внутренней дисковой подсистемы – сервер как правило имеет разъем под 2 жестких диска 2,5. Это связано с тем, блейд серверы применяются под задачи виртуализации и подразумевается использование внешнего массива.
Появление систем и сетей хранения данных
Другой особенностью современной истории развития вычислительных систем, наряду с появлением блейд-серверов, стало появления специализированных систем и сетей хранения данных. Внутренние подсистемы хранения серверов часто уже не могли предоставить необходимый уровень масштабируемости и производительности в условиях лавинообразного наращивания объемов обрабатываемой информации. В итоге появились внешние системы хранения данных, ориентированные сугубо на решение задач хранения данных и предоставление интерфейса доступа к данным для их использования.
Система Хранения Данных (СХД) - это программно-аппаратное решение по организации надёжного хранения информационных ресурсов и предоставления к ним гарантированного доступа.
Системы хранения данных представляют собой надежные устройства хранения, выделенные в отдельный узел. Система хранения данных может подключаться к серверам многими способами. Наиболее производительным является подключение по оптическим каналам (Fiber Channel), что дает возможность получать доступ к системам хранения данных со скоростями 4-8 Гбит/сек. Системы хранения данных так же имеют резервирование основных аппаратных компонент – несколько блоков питания, raid контроллеров, FC адаптеров и оптических патчкордов для подключения к FC коммутаторам.
Рисунок 1.3 Типичная Система хранения данных начального уровня (Sun StorageTek 6140)
Отметим основные преимущества использования СХД:
Высокая надёжность и отказоустойчивость – реализуется полным или частичным резервированием всех компонент системы (блоков питания, путей доступа, процессорных модулей, дисков, кэша и т.д.), а также мощной системой мониторинга и оповещения о возможных и существующих проблемах;
Высокая доступность данных – обеспечивается продуманными функциями сохранения целостности данных (использование технологии RAID, создание полных и мгновенных копий данных внутри дисковой стойки, реплицирование данных на удаленную СХД и т.д.) и возможностью добавления (обновления) аппаратуры и программного обеспечения в беспрерывно работающую систему хранения данных без остановки комплекса;
Мощные средства управления и контроля – управление системой через web-интерфейс или командную строку, выбор нескольких вариантов оповещения администратора о неполадках, полный мониторинг системы, работающая на уровне «железа» технология диагностики производительности;
Высокая производительность – определяется числом жёстких дисков, объёмом кэш-памяти, вычислительной мощностью процессорной подсистемы, числом внутренних (для жёстких дисков) и внешних (для подключения хостов) интерфейсов, а также возможностью гибкой настройки и конфигурирования системы для работы с максимальной производительностью;
Беспроблемная масштабируемость – обычно существует возможность наращивания числа жёстких дисков, объёма кэш-памяти, аппаратной модернизации существующей системы хранения данных, наращивания функционала с помощью специального ПО, работающего на стойке, без значительного переконфигурирования или потерь какой-то функциональности СХД. Этот момент позволяет значительно экономить и более гибко проектировать свою сеть хранения данных.
Сегодня системы хранения данных являются одним из ключевых элементов, от которых зависит непрерывность бизнес-процессов компании. В современной корпоративной ИТ-инфраструктуре СХД, как правило, отделены от основных вычислительных серверов, адаптированы и настроены для различных специализированных задач. Системы хранения данных реализуют множество функций, они играют важную роль в построении систем оперативного резервного копирования и восстановления данных, отказоустойчивых кластеров, высоко доступных ферм виртуализации.
Сети хранения данных
SAN - это высокоскоростная коммутируемая сеть передачи данных, объединяющая серверы, рабочие станции, дисковые хранилища и ленточные библиотеки. Обмен данными происходит по протоколу Fibre Channel, оптимизированному для быстрой гарантированной передачи сообщений и позволяющему передавать информацию на расстояние от нескольких метров до сотен километров.
Движущей силой для развития сетей хранения данных стал взрывной рост объема деловой информации (такой как электронная почта, базы данных и высоконагруженные файловые сервера), требующей высокоскоростного доступа к дисковым устройствам на блочном уровне. Ранее на предприятии возникали «острова» высокопроизводительных дисковых массивов SCSI. Каждый такой массив был выделен для конкретного приложения и виден ему как некоторое количество «виртуальных жестких дисков». Сеть хранения данных (Storage Area Network или SAN) позволяет объединить эти «острова» средствами высокоскоростной сети. Основу SAN составляет волоконно-оптическое соединение устройств по интерфейсу Fibre Chanel, обеспечивающее скорость передачи информации между объектами 1,2,4 или 8 Mbit/sec. Сети хранения помогают повысить эффективность использования ресурсов систем хранения, поскольку дают возможность выделить любой ресурс любому узлу сети. Рассмотрим основные преимущества SAN:
· Производительность. Технологии SAN позволяют обеспечить высокую производительность для задач хранения и передачи данных.
· Масштабируемость. Сети хранения данных обеспечивают удобство расширения подсистемы хранения, позволяют легко использовать приобретенные ранее устройства совместно с новыми устройствами хранения данных.
· Гибкость. Совместное использование систем хранения данных, как правило, упрощает администрирование и добавляет гибкость, поскольку кабели и дисковые массивы не нужно физически транспортировать и перекоммутировать от одного сервера к другому. SAN позволяет подключить новые серверы и дисковые массивы к сети без остановки системы.
· Централизованная загрузка. Другим преимуществом является возможность загружать сервера прямо из сети хранения. При такой конфигурации можно быстро и легко заменить сбойный сервер, переконфигурировав SAN таким образом, что сервер-замена, будет загружаться с логического диска сбойного сервера.
· Отказоустойчивость. Сети хранения помогают более эффективно восстанавливать работоспособность после сбоя. В SAN может входить удаленный участок с вторичным устройством хранения. В таком случае можно использовать репликацию — реализованную на уровне контроллеров массивов, либо при помощи специальных аппаратных устройств. Спрос на такие решения значительно возрос после событий 11 сентября 2001 года в США.
· Управление. Технологии SAN позволяют обеспечить централизованное управление всей подсистемой хранения данных.
Топологии SAN
Рассмотрим некоторые топологии сетей хранения данных
Однокоммутаторная структура (англ. single-switch fabric) состоит из одного коммутатора Fibre Channel, сервера и системы хранения данных. Обычно эта топология является базовой для всех стандартных решений — другие топологии создаются объединением однокоммутаторных ячеек.
Рисунок 1.4 Однокоммутаторная структура SAN
Каскадная структура— набор ячеек, коммутаторы которых соединены в дерево с помощью межкоммутаторных соединений.
Рисунок 1.5 Каскадная структура SAN
Решетка — набор ячеек, коммутатор каждой из которых соединен со всеми другими. При отказе одного (а в ряде сочетаний — и более) соединения связность сети не нарушается. Недостаток — большая избыточность соединений
Рисунок 1.6 Структура Решетка.
Кольцо— практически повторяет схему топологии решётка. Среди преимуществ — использование меньшего количества соединений.
Рисунок 1.5 Структура Кольцо.
Консолидация ИТ инфраструктуры
Консолидация — это объединение вычислительных ресурсов либо структур управления в едином центре.
Анализ международного опыта позволяет сегодня говорить о четкой тенденции к консолидации ИТ-ресурсов корпораций. Именно она способна существенно уменьшить затраты на ИТ. Сэкономленные же средства можно направить на повышение качества имеющихся информационных услуг и внедрение новых. Кроме оптимизации расходов на ИТ, консолидация ИТ-ресурсов позволяет улучшить управляемость предприятий за счет более актуальной и полной информации об их функционировании. Обычно говорят о консолидации:
· серверов - перемещение децентрализованных, приложений, распределенных на различных серверах компании, в один кластер централизованных гомогенных серверов;
· систем хранения - совместное использование централизованной системы хранения данных несколькими гетерогенными узлами;
· приложений - размещение нескольких приложений на одном хосте.
При этом можно выделить два базовых типа консолидации — физическую и логическую. Физическая консолидация подразумевает географическое перемещение серверов на единую площадку (в центр данных), а логическая — централизацию управления.
Перемещение компьютеров в единый центр обработки данных позволяют обеспечить комфортные условия для оборудования и технического персонала, а также увеличить степень физической защиты серверов. Кроме того, в центре обработки данных можно использовать более производительное и высококачественное оборудование, которое экономически неэффективно устанавливать в каждом подразделении. Создавая центры обработки данных, можно снизить расходы на техническую поддержку и управление самыми важными серверами предприятия. Удачным примером оборудования, которое может успешно решить задачи консолидации вычислительных ресурсов в организациях любого уровня являются блейд-системы, а также и системы и сети хранения данных.
Очевидное преимущество этого решения в том, что упрощается выделение персонала поддержки и его работа по развертыванию и управлению системами, снижается степень дублирования опытных кадров. Централизация также облегчает использование стандартизованных конфигураций и процессов управления, создание рентабельных систем резервного копирования для восстановления данных после сбоя и поддержания связности бизнеса. Упрощается и решение вопросов организации высококачественного контроля за состоянием окружающей среды и обеспечения физической защиты. Может быть улучшена и сетевая безопасность, поскольку серверы оказываются под защитой единого, централизованно управляемого межсетевого экрана.
Логический тип консолидации подразумевает перестройку системы управления ИТ-инфраструктуры. Это необходимо как для увеличения масштабируемости и управляемости сложной распределенной вычислительной системы, так и для объединения сегментов корпоративной сети. Логическая консолидация обеспечивает введение централизованного управления и унификацию работы с ресурсами компании на основе открытых стандартов. В результате появляется возможность создания глобальных информационных служб предприятия — каталога LDAP, корпоративного портала или ERP-системы, что в конечном итоге позволит улучшить управляемость предприятия за счет более актуальной и полной информации об его функционировании.
Логическая консолидация приложений приводит к централизации управления критическими для бизнеса системами и приложениями. Преимущества логической консолидации очевидны: в первую очередь это высвобождение аппаратных ресурсов, которые можно использовать на других участках информационной системы. Во-вторых, более простая и логичная структура управления ИТ-инфраструктурой делает ее более гибкой и приспособленной для будущих изменений.
Сценарий гомогенной консолидации предусматривает перенос одного масштабного приложения, ранее выполнявшегося на нескольких серверах, на один, более мощный (рис. 1.6). В качестве примера такой операции можно привести базы данных, которые зачастую наращивают экстенсивным путем по мере роста объема обрабатываемой информации. Объединение данных и приложений на одном сервере заметно ускоряет процессы обработки и поиска, а также повышает уровень целостности.
Гетерогенная консолидация по содержанию схожа с гомогенной, но в этом случае объединению подлежат разные приложения. Например, несколько экземпляров Exchange Server и SQL Server, ранее запускавшиеся на отдельных компьютерах, могут быть сведены на единой машине. Преимущества гетерогенной консолидации - возрастающая масштабируемость сервисов и более полное задействование системных ресурсов.
Рисунок 1.6 Консолидация приложений
Как отмечают специалисты по облачным технологиям – консолидация ИТ-инфраструктуры – является первым шагом к “облаку”. Чтобы перейти к использованию облачных технологий, компаниям необходимо сначала решить задачи неконсолидированной ИТ-инфраструктуры. «Без консолидации невозможно построить эффективное процессно-ориентированное управление, поскольку отсутствует единая точка предоставления сервисов».
Анализируя историю развития информационных технологий и современные тенденции можно сделать вывод, что эволюционный виток ИТ, начавшийся вместе с эпохой мэйнфреймов более пятидесяти лет назад, замкнулся – вместе с облаками мы вернулись к централизации ресурсов, но на этот раз не на уровне мэйнфреймов с их зелеными терминалами а на новом технологическом уровне.
Выступая на конференции, посвященной проблемам современных процессоров, профессор Массачусетского технологического института Ананд Агарвал сказал: «Процессор – это транзистор современности». Новый уровень отличается тем, что здесь также собираются мэйнфреймы, но виртуальные, и не из отдельных транзисторов, как полвека назад, а из целых процессоров или целиком из компьютеров. На заре ИТ многочисленные компании и организации «лепили» собственные компьютеры из дискретных компонентов, монтируя их на самодельных печатных платах – каждая организация делала свою машину, и ни о какой стандартизации или унификации и речи не могло быть. И вот на пороге второго десятилетия XXI века ситуация повторяется – точно так же из серверов-лезвий, компьютеров, разнообразного сетевого оборудования собираются внешние и частные облака. Одновременно наблюдается та же самая технологическая разобщенность и отсутствие унификации: Microsoft, Google, IBM, Aptana, Heroku, Rackspace, Ning, Salesforce строят глобальные мэйнфреймы, а кто-то под собственные нужды создает частные облака, которые являются теми же мэйнфреймами, но меньшего масштаба. Остается предположить, что впереди изобретение интегральной схемы и микропроцессора.
Краткие итоги:
В данной лекции мы ознакомились с основными моментами исторического развития средств вычислительной техники. Рассмотрели тенденции современных инффраструктурных решений.
Ключевые термины:
Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - Обонятельный анализатор.
Мейнфрейм - это главный компьютер вычислительного центра с большим объемом внутренней и внешней памяти.
Блэйд-сервер — компьютерный сервер с компонентами, вынесенными и обобщёнными в корзине для уменьшения занимаемого пространства.
Система Хранения Данных (СХД) - это программно-аппаратное решение по организации надёжного хранения информационных ресурсов и предоставления к ним гарантированного доступа.
SAN - это высокоскоростная коммутируемая сеть передачи данных, объединяющая серверы, рабочие станции, дисковые хранилища и ленточные библиотеки. Обмен данными происходит по протоколу Fibre Channel, оптимизированному для быстрой гарантированной передачи сообщений и позволяющему передавать информацию на расстояние от нескольких метров до сотен километров.
Консолидация — это объединение вычислительных ресурсов либо структур управления в едином центре.
Литература:
- John W. Rittinghouse, James F. Ransome – «Cloud Computing: Implementation, Management, and Security»
- http://www.hwp.ru/articles/
- http://sun.com
- http://hp.com
