31 октября 2012
Конвергентная инфраструктура
Обсуждение архитектуры
Часть 1
Активное предложение софтверными компаниями облачных систем формирует диаметрально противоположные мнения по отношению к эффективности и, самое главное, безопасности «облаков». При этом практически все продавцы забывают упомянуть, что облачные системы – это более узкий класс, входящий в конвергентную инфраструктуру, и часто оперируют модными терминами, не задумываясь над их смыслом.
Конвергентная инфраструктура, включающая облачные технологии, представляет собой сугубо новый взгляд на вычислительные ресурсы, безусловно, диаметрально отличающийся от предыдущих технологических решений. В основе технологии лежат два основных принципа – объединение ресурсов и их виртуализация.
Сразу хочу разубедить, во-первых, несмотря на многочисленные заявления, что «облако» - это идея и мыслеформа, это не так. Облачные системы – это уже давно технология со своим набором признаков. Заявления, что нельзя хранить информацию в «облаках», не обоснованы. Облачная технология имеет на порядок более развитую архитектуру, предусматривающую многообразие аспектов безопасности. Если вас не пугает клиент-серверная архитектура, то облачная архитектура совершенно точно подойдет для любых ваших целей. При этом, заметим, не каждая сетевая система может считаться «облачной» вопреки многочисленному пиару в этой области. Итак, сорвем завесу тайны. Для начала приведем определения основных терминов:
Виртуализация – это общий термин, охватывающий абстракцию ресурсов и описывающий процессы их логического объединения с целью получения каких-либо преимуществ перед оригинальной конфигурацией. Основной целью виртуализации считается разделение вычислительных и физических ресурсов на различные уровни абстракции и наделение их независимой функциональностью. Фактически слой виртуализации представляет собой слой сопряжения принципиально разных интерфейсов.
Конвергенция (лат., convergens – совпадающий) подразумевает сходство и совпадение каких-либо признаков и свойств в независимых друг от друга явлениях. Конвергентная инфраструктура подразумевает объединение вычислительных ресурсов по принципу конвергенции.
Можно сказать, что принципы конвергенции и конвергентная инфраструктура (англ., converged infrastructure, CI), которая в результате этих принципов была разработана, представляет собой совершенно новый способ виртуализации вычислительных ресурсов, объединяя их при этом в единую логическую единицу.
В предыдущих публикациях была рассмотрена эволюция вычислительной архитектуры [1].
Можно сказать, что конвергентная инфраструктура кроме объединения вычислительных ресурсов может разрешить проблему характерных современных и перспективных черт глобальной сети многообразия данных, многообразия устройств и многообразия сетевого взаимодействия, а также решить проблему больших данных, большого количества устройств и большого количества пользователей. Необходимость объединения вычислительных ресурсов вытекает из понятия системности. Существует несколько направлений мысленного эксперимента, которые позволяют доказать системность, а также наличие процессов самоорганизации. Эти вопросы будут освещены в отдельной статье. Хаос, который упомянут как характерная черта мирового информационно-вычислительного пространства (далее ИВП) в последнем отчете IDC [2], является следствием отсутствия процессов унификации и стандартизации.
Подобные процессы «разрушения структуры» периодичны. В 50-60х годах прошлого столетия также наблюдалось разнообразие вычислительных архитектур, в результате был принят принцип «архитектурной жесткости» фон Неймана, который практически десятилетие не реализовывался на практике. Данный принцип стал определяющим в серии компьютеров IBM System/360 и звучал как совместимость и универсальность. В System/360 были предложены интерфейсы, сопрягающие физические и виртуальные интерфейсы, в частности, предложен интерфейс ввода-вывода (I/O). У сторонних производителей появилась возможность выпуска совместимых комплектующих и периферийных устройств. Портирование программ, предназначенных для разных моделей, было обеспечено за счет микрокода, транслирующего исходный код в «родной» код модели. В результате серия IBM System/360 стала промышленным стандартом, а также была обеспечена беспрецедентная универсальность за счет совместимости программ научного, военного и коммерческого назначения.
Вычислительная ткань (fabric computing)
Как помните, в IBM System/360 Model 67 была предложена виртуализация, которая позволяла открывать множество рабочих пользовательских сеансов, таким образом, эффективно распределять ресурсы мейнфрейма для разных задач. Конвергентная инфраструктура представляет собой «расширенную» версию этой идеи, но на уровне вычислительных ресурсов находится уже не один мейнфрейм, а множество систем хранения и серверов, объединенных в так называемую вычислительную ткань. Общую идею объединения вычислительных ресурсов на базе конвергентной инфраструктуры можно иллюстрировать следующим образом, рис. 1.
Рис. 1 Иллюстрация к принципу объединения физических вычислительных
ресурсов в рамках конвергентной инфраструктуры
На рисунке видно, что конвергентная инфраструктура призвана объединить географически-распределенные серверные модули, кластеры, системы хранения и предоставлять услуги пользователям с сокрытием инфраструктуры и даже местоположения. Несмотря на то, что в данный момент на рынке предложены конвергентные системы, принадлежащие каждому отдельному вендру, по сути, возможность конвергентных систем намного шире. Но для подключения различных систем хранения понадобиться стандартизация. В настоящий момент не заявлено о процессах стандартизации конвергентной инфраструктуры.
Рис. 2 Конвергентная инфраструктура Cisco [3]
В основу конвергентной инфраструктуры на физическом слое, как было сказано, положена вычислительная ткань (англ., fabric computing), эта технология в контексте повторяет Grid-системы. Если обратите внимание, то на многих проприетарных схемах присутствует Server Fabric, у HP – FlexFabric (рис. 2). Основная задача вычислительной ткани состоит в организации эффективного взаимодействия между ресурсами с минимальной задержкой транзакций. Каждая компания решает эту задачу разными способами. Алгоритмы являются коммерческой тайной. HP исключила лишние сетевые взаимодействия, улучшила маршрутизацию [4].
Например, в HP Converged Infrastructure Maturity Model (CI-MM) – модель расчета стоимости перехода на конвергентную инфраструктуру, гарантируют снижение ежегодных затрат на ИТ-мощности по обслуживанию 1 Гбит пропускной способности с $24380 до $110, а также повышение доступности приложений с 99,89% до 99,996% [5]. Существуют обрывочные данные насчет вычислительных тканей. Крупнейшим агрегатором информации по этому вопросу можно считать выставку Gartner Data Center.
Вычислительная ткань реализована в рамках формата Р2Р с коммутацией пакетов, соединяющих ядра ткани, кэш, память и системы ввода/вывода. Данное направление основано на исследованиях, проведенных в 90х годах, компанией Sun Microsystems относительно использования формата Р2Р для объединения ресурсов в высокопроизводительные решения. В качестве интересных решений нужно привести Intel QuickPath, AMD HyperTransport.
Ткань состоит из взаимосвязанных вычислительных узлов, воспринимаемых как единое логическое устройство. Fabric, в свою очередь, это система для консолидированных высокопроизводительных вычислений с использованием параллельности из слабо связанных систем хранения. Узлы объединены с помощью унифицированных сетей с высокой пропускной способностью, например, InfiniBand, 10 Gigabit Ethernet, Fibre Chanel (см. рис. 2). При соблюдении принципа «архитектурной жесткости» фон Неймана, ткань дает возможность реализовать параллельность, избегая классических недочетов. Напомним, что именно фон Нейман исключил параллельность в Модифицированном ENIAC, как генератор значительной части ошибок [1].
Нужно сказать, что для любой вычислительной ткани важна унификация вычислений. Безусловно, что требуется технологическая унификация, но желательно использование и математической унификации при наличии соответствующего математического пространства, способного «справиться» с подобными задачами.
Рис. 3 Топологии высокопроизводительных конвергентных инфраструктур
на аппаратном уровне, виртуализации вычислительных ресурсов
Возвращаясь к нашей теме, обратим внимание, что в любой проприетарной конвергентной инфраструктуре имеются всевозможные программные модули, например, HP FlexFabric, основная задача которых состоит в виртуализации вычислительных ресурсов (физического слоя), подобной IBM System/360 model 67, но значительно расширенной и обеспечивающей «гибкую» настройку сети под нужды пользователей и динамическое перераспределение ресурсов между многими сеансами с разной динамической нагрузкой. Очевидно, что любая вычислительная ткань имеет высокий уровень избыточности. Что касается топологий, то в настоящий момент на рынке предложены «server-to-server», «storage-to-storage», в ближайшем будущем стоит ожидать топологию, объединяющую разные платформы систем хранения, то есть реализацию «fabric-to-fabric» (рис. 3).
Вычислительная ткань по оценке многих экспертов станет основой следующего поколения вычислительной архитектуры и будет использоваться подавляющим большинством разработчиков и организаций. Gartner в 2008 году включила вычислительную ткань в десятку стратегических инноваций, уже на сегодняшний день многие фирмы внедрившие центры обработки данных на базе вычислительной ткани могут обрабатывать данные гораздо быстрее и избавиться от низкооплачиваемого обслуживающего персонала, так как все процессы автоматизированы [6].
Продолжение следует
