Лекции - Корпоративные информационные системы и технологии
Подождите немного. Документ загружается.
насколько трудно представить такой синклит на одной сцене, значит, событие и
в самом деле сверхординарное.
Понять интерес отрасли к vSphere несложно, помимо общих слов имеется
грубая реальность – виртуализация серверов может поднять их КПД в
несколько раз, но если учесть, что исходная цифра 5%, то это совсем немного.
Требуется дальнейший рост, но если оставаться в рамках одного сервера, он
невозможен, следовательно, нужно сливать вместе ресурсы всего серверного
пула. Только так можно справиться с врожденными дефектами архитектуры
х86. Предлагая vSphere 4, в VMware надеются, что с помощью этой системы
ИТ-подразделениям удастся создавать самоуправляемые безотказные и
самообслуживаемые внутренние облака, как у Amazon или Google, но
существующие внутри периметра, охраняемого межсетевыми экранами. В
последующем VMware обещает выпустить апгрейды, позволяющие
использовать ресурсы и сервисы, предоставляемые из внешних облаков
провайдерами этих услуг.
Со структурной точки зрения вместе с vSphere 4 вводится еще один
дополнительный уровень между приложениями и железом, своего рода
подложка для виртуальных машин. Ядром vSphere остается старый гипервизор
VMware ESX, адаптированный для 64-разрядных процессоров. Он
приспособлен к работе с процессором Intel Xeon 5500, используя его
встроенные возможности для виртуализации и расширенный доступ к памяти.
Вполне очевидно, что работа в облаке потребовала расширения функции Virtual
SMP, и теперь виртуальная машина может поддерживать до восьми
виртуальных процессоров, причем виртуальные процессоры могут работатьна
том же самом физическом процессоре, что и виртуальная машина, а в случае
нехватки ресурсов – на других процессорах. Наличие этой функции повышает
эффективность использования процессорного пула. Увеличены и
количественные параметры, память виртуальной машины выросла до 256 Гбайт,
число виртуальных сетевых контроллеров возросло с четырех до десяти,
соответственно полоса пропускания увеличилась до 30 Гбит/с, а количество
операций ввода/вывода в секунду превышает 300 тыс. Благодаря этим
возможностям VMware vSphere 4 может агрегировать существенно большее
количество виртуальных машин и физических инфраструктурных ресурсов,
образуя огромный логический пул ресурсов, необходимый для создания облака.
Это пул можно охарактеризовать следующими количественными параметрами:
32 физических сервера с 2048 ядрами, на которых может работать 1280
виртуальных машин, использующих 32 Тбайт оперативной памяти, 16 Пбайт
памяти на системах хранения и 8000 сетевых портов. Анонсируя vSphere 4,
VMware демонстрирует, что стремится навести мосты между традиционными и
виртуальными ЦОД, а также облаками. Компания утверждает, что
возможностей vSphere 4 достаточно для того, чтобы трансформировать
существующие и будущие инфраструктуры во внутренние облака, объединить
их в частные облака и обеспечить федеративный союз с внешними облаками.
С организационной точки зрения VSphere позволит разрешить одну из
важнейших проблем ИТ – оценки их экономической эффективности, а это
позволит превратить в реальность деятельность по предоставлению «услуг,
оплачиваемых по мере потребления» (pay-as-you-go service) через Web-портал.
В целом компания видит свою роль в предоставлении пользователю
возможностей для создания внутренних облаков.
Пока у vSphere в облачной области конкурентов не много, и ни один из них не
обладает сравнимой полнотой. Microsoft намеревается к концу 2009 года
предложить облачную инфраструктуру Windows Azure, которая изначально
называлась Windows Cloud, но функционально это совсем иное, не уровень или
подложка в понимании VMware. Скорее, Azure можно рассматривать как
платформу для разработки Web-приложений, исполняемых во внешнем облаке
типа Amazon EC2. С ее появлением разработчик остается с привычными ему
средствами, например Visual Studio, добавив к традиционному приложению для
десктопа качества, необходимые для работы в облаке. Операционную систему
Solaris иногда рассматривают как облачную, поскольку в ней есть гипервизор
xVM Server, технологии Solaris Containers и Zones, файловая система ZFS, но
это утверждение выглядит не слишком убедительно. Что же касается gOS Linux
от компании Good OS, которая назвала свой продукт просто – cloud operating
system, то в данном случае имеет место терминологическое совпадение. Эта
операционная система предназначена для установки на нетбуки, имеет
ограниченную функциональность и служит для доступа во внешнее облако, а не
для создания внутренних облаков.
8.5.4 Идеальное Облако и реальные прототипы
Идеальное внутреннее облако (рис. 8.12) состоит из четырех пулов
виртуализованных ресурсов: процессоров, памяти, систем хранения и
интерконнекта. На таком облаке могут выполняться любые приложения, оно
поддерживает доступ к ним с использованием произвольных типов терминалов:
толстых и тонких, стационарных и мобильных.
Рис. 8.12 Структура внутреннего облака
Для того чтобы сложилось нечто подобное этому облаку, потребуется немало
времени, в первую очередь предстоят большие работы по стандартизации, а
пока даже на серверы-лезвия нет каких-либо общих стандартов и невозможно
совместить в одном шасси или в одной стойке изделия от разных
производителей, что явно противоречит идее создания облаков как
универсальных сред.
Самое упорное сопротивление стандартизация в сфере лезвий испытывает со
стороны наиболее крупных производителей, HP и IBM. Несколько лет назад
IBM все же пыталась предложить собственную спецификацию в качестве
стандарта, но серьезной поддержки эта инициатива не получила. В 2009 году
свои намерения относительно стандартизации лезвий выражают участники
организации Server Systems Infrastructure Forum, но среди них нет основных
игроков серверного рныка – HP, IBM, Dell и Sun Microsystems; новое движение
возглавляют American Megatrends, Samsung и Supermicro. Они считают
возможным создать такие условия, когда каждый сможет собирать
необходимые конфигурации из покупных лезвий, корзин, мезонинных карт,
коммутаторов и компонентов ввода/вывода. Складывающаяся ситуация очень
напоминает события начала восьмидесятых, когда массовое производство
персональных компьютеров началось с отрытого стандарта IBM PC.
Повторение неизбежно, но пока быстрорастущий рынок серверов-лезвий (33% в
год) контролируется пятью компаниями – HP, IBM, Sun, Dell и Fujitsu, ситуация
сохранится.
Еще одной особенностью, определяющей движение к облакам, является
исключительное положение архитектуры x86. Она далеко не оптимальна, даже
если принять во внимание все внесенные в нее усовершенствования, но
огромное количество готовых под нее приложений, а также многочисленные
рыночные аргументы делают ее единственно возможной при создании
массивных вычислительных инфраструктур.
8.5.5 Egenera, Dell и Fujitsu
Компания Egenera формально не входит в число лидирующих производителей
лезвий, но по своему технологическому статусу она была и остается
признанным авторитетом. Egenera вышла на рынок лезвий второй,
непосредственно после RLX Technologies, создавшей в свое время лезвия как
класс серверов. Впоследствии HP купила RLX, что оказалось предпосылкой для
нынешнего лидирующего положения HP, а Egenera продолжает независимое
существование. В отличие от RLX, сосредоточенной непосредственно на
вычислительных возможностях серверов-лезвий, во главу угла
производственной программы Egenera были положены более крупные
структуры, эта программа сохранилась до настоящего времени.
В сентябре 2001 года Egenera представила абсолютно оригинальную, не
похожую ни на что компьютерную систему BladeFrame, представляющую собой
пул из 96 процессоров со свободным сетевым соединением. В ней можно было
обнаружить схожесть с архитектурой NUMA и с менее популярной SAN
(System Area Network), но от них система BladeFrame отличалась применением
стандартных узлов, в качестве которых использовались двух- или
четырехпроцессорные ультратонкие и, что очень существенно, бездисковые
серверы. Отсутствие дисков в сочетании с развитой системой управления
обеспечивало BladeFrame те качества, которые сегодня дают технологии
виртуализации.
В самой первой стойке BladeFrame могло быть смонтировано до 24 двух- или
четырехпроцессорных лезвий. Для их объединения в единую систему было
разработано оригинальное техническое решение, получившее название PAN
(Processing Area Network), в состав которого входят интегрированные
коммутаторы, контроллеры и шины для объединения в кластеры. PAN Manager
позволяет управлять системой из одной точки, а SAN и PAN, собранные в одной
стойке, могут образовать готовую инфраструктуру предприятия или
провайдеров различных информационных услуг, в том числе услуг
независимого хранения данных.
Сегодня Egenera выпускает два основных продукта – BladeFrame EX и
BladeFrame ES, различающиеся между собой размерами. В них
устанавливаются двух- или четырехпроцессорные вычислительные лезвия
Processing Blade на архитектуре x86 от AMD или Intel. От своих
предшественников Processing Blade унаследовали главные черты, прежде всего
отсутствие дисков. Для управления в EX и ES устанавливают по два
управляющих модуля – соответственно Control Blade EX и Switch Blade EX,
которые различаются количеством портов Gigabit Ethernet. Системой управляет
PAN Manager, который реализует «виртуализацию без виртуализации», то есть
преобразует фиксированную физическую серверную инфраструктуру в пул
гибко распределяемых ресурсов. В Egenera эту процедуру называют
«оркестровкой инфраструктуры» (Infrastructure Orchestration).
Для региона EMEA, к которому относится Россия, продукция Egenera
выпускается под торговой маркой Fujitsu Technology Solutions и известна как
Primergy BladeFrame. Изделия Primergy BladeFrame BF200 и BF400 идентичны и
взаимозаменяемы с Egenera BladeFrame ES и EX. Вторым лицензиатом является
Dell PAN System, представляющий собой предварительно сконфигурированный
набор серверов Dell с предустановленной системой управления PAN Manager.
8.5.6 Cisco
Не удивительно, что комплексная вычислительная система от Ciscо,
предназначенная для динамического ЦОД, – Unified Computing System –
интересна не собственно лезвиями, а тем, как они коммутируются, точнее
сочетанием коммутирующей инфраструктуры с виртуальным распределенным
коммутатором.
Система Cisco UCS собирается из набора, состоящего из пяти основных
компонентов. Ее логическим центром служит устройство Cisco UCS 6100 Series
Fabric Interconnects, которое осуществляет физическую коммутацию 10 Gigabit
Ethernet и FcoE (Fibre Channel over Ethernet). Функции коммутации могут быть
расширены устройством (экстендером) Cisco UCS 2100 Series Fabric Extenders,
осуществляющим связь с лезвиями. Сами лезвия Cisco UCS B-Series Blade
Servers ничем не отличаются и выпускаются в двух версиях: Cisco UCS B200-
M1 Blade Server (до двух процессоров Intel Xeon 5500, до 96 Гбайт памяти
DDR3, два диска SAS в разных вариантах с контроллером RAID и одна
двухпортовая мезонинная карта) и Cisco UCS B250-M1 Extended Memory Blade
Server с увеличенной до 384 Гбайт памятью и двумя мезонинными картами,
повышающими скорость обмена с лезвием до 40 Гбит/с. Как и в большинстве
подобных конструкций, лезвия устанавливаются в корзину-шасси Cisco UCS
5100 Series Blade Server Chassis, вмещающую до восьми лезвий плюс к ним два
экстендера. В мезонины лезвий могут устанавливаться сетевые адаптеры разных
типов. Эти небольшие устройства дают возможность приспособить лезвия к
разным типам нагрузок, к работе в виртуальной среде, обеспечить их лучшую
«подгонку» к сетевой среде, позволяют добиться более высокой
производительности.
Изюминка UCS – не в этом железе, а в виртуализации сетевых функций,
обеспечиваемых сочетанием возможностей VMware vNetwork Distributed Switch
и Cisco Nexus 1000V Series Switch. Хотя в обоих названиях используется термин
«коммутатор», оба решения являются программными продуктами. Как же могут
быть коммутаторы программными и к тому же распределенными? Появление
гипервизора VMware ESX вызвало к жизни необходимость коммутировать
виртуальные машины, и до последнего времени эти действия выполнялись
вручную. В 2009 году в VMware vNetwork появились автоматизирующие эти
функции виртуальные коммутаторы – стандартный VMware vNetwork Standard
Switch и распределенный VMware vNetwork Distributed Switch. Первый
действует в пределах одного физического сервера, второй позволяет
распространить настройку коммутации виртуальных машин на более чем один
физический сервер. Коммутатор Cisco Nexus 1000V позволяет сделать
следующий шаг.
8.5.7 Sun Microsystems
Премьера модульного семейства Open Network Systems состоялась в апреле
2009 года, причем его представляли Энди Бехтольсхайм (один из основателей
Sun, еще студентом разработавший рабочую станцию Sun 1, а ныне
руководящий разработкой серверов стандартной архитектуры), разработчик
файловой системы ZFS Джефф Бонвик и главный специалист по флэш-
накопителям Майкл Корнуэлл. Из того, что они говорили, совершенно
очевидно, что семейство Open Network Systems главным образом нацелено на
высокопроизводительные вычисления. Sun не первой начала поставлять лезвия
на процессорах Intel Xeon 5500, но ей первой удалось сделать несколько вещей.
Прежде всего, упаковать 96 двухсокетных узлов в стандартную стойку высотой
24 дюйма, затем связать эти узлы межсоединением QDR InfiniBand,
обеспечивающим скорость передачи 40 Гбит/с, и, наконец, установить в лезвиях
ускорители на твердотельных накопителях, где одна плата обеспечивает
скорость обмена, равную той, что дают 100 дисков, работающих параллельно.
Очевидно, что все перечисленное будет использовано при сборке новой версии
суперкомпьютера Sun Constellation System.
Однако потенциал Open Network Systems не сводится лишь к высокопроизво-
дительным вычислениям. Начнем с того, что у Sun существует не один, как у
большинства, а два основных конструктива.
Традиционную корзину Sun Blade 6000 дополняют стойки Sun Blade 6048, в них
могут собираться системы для HPC, но они же могут использоваться для
консолидации и виртуализации серверов, для работы с СУБД и
корпоративными приложениями, а также для поддержки инфраструктур Web. В
стойке появилась новая система охлаждения с активной дверью Sun Cooling
Door Systems, предназначенная для Sun Blade 6048, она способна отбирать до 35
кВт тепла, причем непосредственно из наиболее горячих зон, что особенно
критично для систем HPC.
Второй конструктив – собственные коммутаторы. Еще недавно при анализе
продуктовой линейки Sun удивляло то, что в ней давно были вычислительные
лезвия, в прошлом году к ним появились лезвия для хранения данных Sun Blade
6000 Disk Module, но до сих пор не было того, что объединяет отдельные лезвия
в единую инфраструктуру, в то, что называют динамическим ЦОД. Наконец
недостающие части появились – коммутаторы Sun Blade 6000 Virtualized NEM и
Sun Blade 6048 QDR InfiniBand NEM. Аббревиатура NEM расшифровывается
как Network Express Module, а цифры в названии указывают, какому именно
конструктиву они предназначены. Младшая модель, Sun Blade 6000 Virtualized
NEM, более традиционна, она служит для объединения лезвий в пределах
корзины посредством 10Gt Ethernet,
а старшая – реальный шаг вперед. Три буквы QDR в ее названии означают Quad
Data Rate InfiniBand, то есть передача данных по интерфейсу InfiniBand с
учетверенной скоростью. Появление этого коммутатора есть плод многолетнего
сотрудничества с израильской компанией Mellanox. В устройстве сочетаются 30
портов 4xQDR, обеспечивающих передачу со скоростью 40 Гбит/с, и 24 порта
Gigabit Ethernet.
Еще две новинки – серверы-лезвия Sun Blade X6270 и Sun Blade X6275,
построенные на процессорах Quad-Core Intel Xeon, но X6270 ориентирован на
корпоративные приложения и на задачи виртуализации и консолидации,
поэтому у него большой запас по памяти (18 слотов DIMM, до 144 Гбайт) и
четыре диска с горячей заменой, а X6275 специально спроектирован для работы
в составе высокопроизводительных HPC-кластеров. Он состоит из двух
независимых узлов и имеет интегрированный контроллер QDR InfiniBand,
который в сочетании с технологией Intel QuickPath обеспечивает высокую
скорость передачи данных и низкую задержку. Качественная новизна X6275
состоит в поддержке твердотельных дисков SSD, которые смогут использовать
преимущества пропускной способности QDR InfiniBand. Модуль размером со
спичечную коробку и толщиной несколько миллиметров, вставляемый в
материнскую плату, хранит 24 Гбайт данных, используя кэш 64 Мбайт.
Скорость работы таких дисков в 50-70 раз выше, чем механических, и это
обстоятельство радикально изменяет подходы к проектированию. На
представлении Open Network Systems Бехтольсхайм отметил, что
X6275 – только первый шаг по части освоения возможностей SSD.
8.5.8 Hewlett-Packard
В конце апреля 2009 года было представлено решение HP BladeSystem Matrix,
из названия которого следует, что в нем вся ИТ-система собирается в матрицу,
состоящую из лезвий. В отличие от Sun здесь делался упор на экономические
преимущества модульных систем и на то, что они являются плодом развития
фирменной идеологии, называемой адаптивной инфраструктурой (Adaptive
Infrastructure). Главный козырь BladeSystem Matrix – качество интеграции. Здесь
все собрано в единое целое: программное обеспечение, серверы, системы
хранения, сетевое оборудование. В багаже компании не просто набор
необходимых строительных блоков, но еще и система управления HP Matrix
Orchestration Environment, обеспечивающая универсальный интерфейс ко всем
процедурам проектирования, внедрения и последующей оптимизации среды
выполнения приложений. Опираясь на HP MOE, пользователь сможет собрать
до тысячи физических или виртуальных серверов
в единую адаптивную инфраструктуру.
Базовый конструктивный элемент – «корзина» BladeSystem c7000,
обеспечивающая питание, охлаждение, инфраструктуру ввода/вывода и
межсоединение для установки 16 обычных серверных лезвий или
специализированных лезвий-накопителей. Сейчас «матрица» комплектуется
серверами HP ProLiant G6 на четырехъядерных процессорах Intel Xeon 5500 или
AMD Opteron (Shanghai). В перспективе можно будет использовать лезвия на
Itanium, в том числе на будущих двухъядерных Itanium 9100. По способности к
горизонтальному масштабированию Matrix заметно превосходит Cisco UCS,
использование в последней коммутационной структуры с 40 портами
ограничивает общее число серверов до 320 против 1000 в BladeSystem Matrix.
Для коммутации используются модули, поддерживающие соединения 10 Gigabit
Ethernet и Fibre Channel с пропускной способностью 8 Гбит/c; допускается
использование высоконадежной системы коммутации HP NonStop и нескольких
вариантов системы питания – однофазной, трехфазной и постоянного тока.
Вторая составляющая BladeSystem Matrix – интегрированный центр управления
HP Insight Dynamics – Virtual Server Environment, предназначение которого в
непрерывном анализе и оптимизации состояния всей адаптивной
инфраструктуры. Именно благодаря наличию этого интеллектуального центра
BladeSystem Matrix приобретает качества, которые позволяют назвать эту
структуру «облаком в миниатюре».
8.5.9 emc
Накопитель старшего уровня V-Max (Virtual Matrix Architecture), как следует из
названия, построен с использованием виртуальной матричной архитектуры. При
его объявлении было указано на то, что этот массив предназначен для частных
или корпоративных облачных инфраструктур. Он назван виртуальным,
поскольку предполагается возможность построения мощных и даже
сверхмощных систем хранения из относительно простых модулей.
Основным компонентом для сборки виртуальной модели Symmetrix V-Max
является модуль V-Max Engine, представляющий собой управляющий узел,
построенный на четырех процессорах Intel Xeon Quad-core, объем оперативной
памяти одного V-Max Engine составляет 128 Гбайт, в нем установлены две
группы интерфейсов по 16 каналов для подключения дисков и хостов. Скорость
обмена данными с периферией равна 24 Гбайт/с. Кроме всего прочего, «на
борту» имеется специализированная микросхема для управления доступом к
памяти и интерконнектом RapidIO.
Механизм виртуализации позволяет объединить до восьми модулей V-Max
Engine в единый системный образ, в котором все характеристики суммируются,