История развития аппаратного обеспечения

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".

 
Рис. 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. Оно выполнено в конструктиве для установки в стандартную 19-дюймовую стойку и в зависимости от модели и производителя, занимает в ней 3U, 6U или 10U (один U - unit, или монтажная единица, равен 1,75 дюйма). За счет общего использования таких компонентов, как источники питания, сетевые карты и жесткие диски, Blade-серверы обеспечивают более высокую плотность размещения вычислительной мощности в стойке по сравнению с обычными тонкими серверами высотой 1U и 2U.

 
Рис. 1.2.  Типичное 10U шасси для 10 Blade-серверов (Sun Blade 6000) используемое в УрГУ

Технология блэйд-систем заимствует некоторые черты мейнфреймов. В настоящее время лидером в производстве блэйд-систем являются компании Hewlett-Packard, IBM, Dell, Fujitsu Siemens Computers, Sun.

2.2 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.

 
Рис. 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.

2.3 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 Gbit/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.

2.4 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.

 
Рис. 1.4.  Однокоммутаторная структура SAN

Каскадная структура— набор ячеек, коммутаторы которых соединены в дерево с помощью межкоммутаторных соединений.

 
Рис. 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

 
Рис. 1.6.  Структура Решетка

Кольцо— практически повторяет схему топологии решётка. Среди преимуществ — использование меньшего количества соединений.

 
Рис. 1.7.  Структура Кольцо

5. 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.