Блейд-серверы: пять лет на рынке
Насколько сбылись радужные ожидания, сопровождавшие выход на рынок блейд-систем, и каковы позиции этих серверов сегодня.
Хотя официально первые блейд-системы от IBM и Hewlett-Packard появились в 2002 г., реальное предложение блейд-систем на ИТ-рынке относится все же к году 2003-му. Подшивки ИТ-журналов того года пестрят новостными релизами о выпуске первых и, как тогда казалось, революционно-многообещающих моделей блейд-серверов самых разных производителей. Вслед за IBM, HP, Dell и Sun серверы в форм-факторе «лезвий» начали выпускать NEC, Aspen, RLX и другие, менее именитые вендоры. Сегодня, спустя пять лет после массового выпуска первых блейд-серверов на рынок, можно оглянуться и оценить, насколько оправдались ожидания от этой технологии и как следует сегодня рассматривать применение блейд-серверов в ИТ-архитектуре современного предприятия.
Главный вопрос, на который мы постараемся ответить в статье: удалось ли технологии блейд-серверов реализовать обещанный скачок от всего лишь одного из подходов к консолидации серверов к способу управления ИТ-активами, который приносит предприятиям ощутимую коммерческую выгоду.
Соответствуют ли лозунги действительности
Вначале разберем по пунктам те преимущества блейд-систем, которые перечисляются во всех презентационных материалах в связи с данной технологией, и оценим, соответствуют ли эти утверждения действительности.
Утверждение: блейд-системы — это не просто новый форм-фактор серверов, а новая архитектура, обеспечивающая высокоинтегрированную масштабируемую платформу для поддержки корпоративных программных приложений.
Наше мнение: Частично — правда, частично — нет.
Для начала вспомним, что сама по себе блейд-архитектура не так уж нова и революционна, как ее зачастую пытаются представить. Еще в 80-е годы прошлого века в нашей стране существовала подобная система, называемая КАМАК и действовавшая на базе ЭВМ серий СМ-3(4)/»Электроника-60» (i8080). Разумеется, это была заимствованная архитектура, в данном случае скопированная с DEC PDP-11 (марка DEC с 1998 г. перешла к компании Compaq, а ныне, после слияния, принадлежит Hewlett-Packard), и подобные системы работали во многих западных исследовательских центрах. Точно так же, как и в сегодняшних блейд-серверах, в общее шасси КАМАК (корзину) можно было установить определенное число вычислительных модулей, которые тоже имели общую шину данных и получали питание и охлаждение от общих подсистем корзины. Корзины в свою очередь устанавливались в 19-дюйм стойку, и таким образом архитектура расширялась совершенно аналогично современным блейд-системам, и даже в том же самом СТОЕЧНОМ конструктиве. От сегодняшних серверов-лезвий вычислительные модули тех лет отличались тем, что они были узкоспециализированными и предназначались для решения определенных инженерных задач: это были цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, модули управления шаговыми двигателями и т. д. Прямые наследники той архитектуры сегодня функционируют в составе так называемых промышленных ПК (Industrial PC), где также решают по большей части инженерные, а не общевычислительные задачи. Таким образом, с точки зрения конструктивного решения блейд-системы — отнюдь не новинка.
Правда состоит в том, что только сейчас, когда блейд-архитектура вошла в период своей зрелости, появились вычислительные блейд-серверы, которые можно позиционировать для отдельных классов корпоративных программных приложений и специальных задач, — такие, как модули для портальных решений, модули оперативной и кэш-памяти, процессорные модули и т. п. И блейд-архитектура — это действительно наилучшая на сегодня аппаратная платформа с точки зрения масштабируемости.
Утверждение: Каждый блейд-сервер может работать над определенной вычислительной задачей.
Наше мнение: Правда.
Впрочем, здесь нет ничего удивительного: при наличии общих шин архитектура сама подсказывает идею реализовать специализацию блейд-серверов по вычислительным задачам. Наиболее показательно, что на разных модулях могут быть запущены разные ОС.
Утверждение: Блейд-архитектура обеспечивает высокий уровень защиты инвестиций в оборудование.
Наше мнение: Правда, но граничащая с лукавством.
Правда здесь в том, что в корзины одного и того же вендора (!) можно добавлять вновь приобретаемые серверы, развивая тем самым вычислительные мощности предприятия в соответствии с ростом бизнеса и увеличением числа ИТ-задач.
Лукавство же состоит в том, что, во-первых, в вычислительной технике существует понятие смены поколений оборудования, и происходит она примерно за 5–7 лет. Поэтому о широких возможностях масштабирования блейд-архитектуры говорить можно и нужно, но при этом следует держать в голове фактор времени жизни оборудования. Пройдет время, и модулей для данной корзины, снятых с производства, будет уже не купить, да и их характеристики вряд ли будут соответствовать будущим задачам.
Во-вторых, архитектура блейд-систем разных вендоров несовместима друг с другом, и если вы приобретаете корзину определенного вендора, впоследствии придется докупать и серверные модули только от этого производителя. Более того, в блейд-архитектуре каждого вендора присутствует множество его ноу-хау, что практически закрыло возможность выпуска «совместимых» лезвий от китайских производителей. Соответственно в условиях ограниченной конкуренции цены на такое оборудование будут менее подвержены снижению.
Утверждение: Гибкость, доступность и управляемость органически присущи блейд-архитектуре.
Наше мнение: Правда.
Основное качество, отличающее сегодняшние блейд-системы от их архитектурных прототипов, — хорошо проработанное системное ПО с огромным количеством сервисных функций. С помощью этого ПО можно управлять ресурсами и разделением нагрузки, выполнять множество иных сервисных функций, в том числе динамически отключать и подключать серверные модули без остановки блейд-системы в целом.
Утверждение: Общая стоимость блейд-системы ниже, чем стоимость традиционных стоечных серверов той же мощности.
Наше мнение: Правда, хотя и с оговорками.
Говоря о стоимости, следует подчеркнуть два момента. Стоимость блейд-системы в момент покупки будет ниже стоимости набора традиционных серверов только при условии, что количество таких серверов будет не менее семи штук (конкретная цифра в общем случае зависит от модели блейд-системы, вендора и его текущей ценовой политики). Где можно действительно говорить об экономии — это при оценке общей стоимости владения. Более компактная конструкция блейд-системы, меньшее энергопотребление и, как следствие, сниженные требования к системам кондиционирования позволяют проектировать компактные центры обработки данных, а уже упомянутые возможности динамического распределения нагрузки облегчают обслуживание блейд-систем и сокращают расходы на это обслуживание.
Предпосылки появления блейд-технологии
Почему развитие ИТ идет в сторону все большего применения блейд-систем? Тому есть ряд причин, которые мы и перечислим ниже:
- необходимость оперативного реагирования на рыночные изменения, требующая от предприятия более гибких бизнес-процессов, которые должны быть поддержаны ИТ;
- необходимость соответствия бизнес-процессов изменениям в законодательстве и готовность предприятия к неожиданному аудиту (проверкам);
- постоянно возрастающая стоимость электроэнергии;
- ограничения по подводимой мощности в условиях дефицита электроэнергии;
- экологические нормы, направленные на снижение энергопотребления;
- рост стоимости зданий и их обслуживания;
- тенденция к урезанию ИТ-бюджетов после кризиса 2000–2001 гг., последствия которого до сих пор ощущаются в ИТ-индустрии;
- тенденция защиты инвестиций в ИТ, а следовательно, стремление максимально продлить жизненный цикл оборудования.
Спрос на технологии, способные поддерживать ИТ-инфраструктуру бизнеса, ведущего свою деятельность в глобальных масштабах, возник в условиях глобализации мировой экономики, создания общего экономического пространства внутри Европы, падения цен на телеком-услуги. С другой стороны, все укорачивающийся жизненный цикл современных ИТ и необходимость представления новых продуктов сразу глобальному рынку потребовали отношения к ИТ как к элементу обслуживания бизнеса, а не как к решениям, имеющим самостоятельную ценность. В результате появились такие концепции, как сервис-ориентированная архитектура (SOA) в сфере ПО и «ресурсы по требованию» (utility computing), когда дело касается оборудования. И хотя, по меткому высказыванию журнала «Директор информационной службы», дать определение концепции utility computing — все равно что завязать змею узлом: когда вам кажется, что вы уже проделали это, она выскальзывает из ваших рук, но сам факт появления новых концепций подчеркивает вторичность ИТ, призванных обслуживать в современных компаниях их основную уставную деятельность.
Практически каждая организация, присутствующая на рынке хотя бы несколько лет, имеет в пассиве своей ИТ-инфраструктуры проблему неравномерной загрузки ИТ-мощностей и значительные затраты времени персонала на сопровождение этой инфраструктуры и управление ею. Считается, что несоответствие ИТ-инфраструктуры текущим запросам бизнеса в большинстве организаций в среднем составляет ±20%. Проблему недостатка вычислительной мощности вначале решают путем замены компонентов серверов, затем покупки новых серверов, далее объединяют серверы в кластеры — и этот процесс продолжается, увеличивая сложность ИТ-инфраструктуры. Одновременно в ИТ-индустрии наблюдается миниатюризация серверного оборудования, когда отдельно стоящие серверы заменяются стоечными решениями, а те в свою очередь становятся более компактными и т. д. На этом пути появление блейд-архитектуры серверов стало вполне логичным шагом, демонстрируя еще более компактное размещение компонентов.
Начальный этап развития блейд-технологии представлял собой традиционную концепцию «сервера в коробке», пусть и очень маленькой коробке. Это был по сути полностью функциональный сервер в сверхкомпактном корпусе с процессором, системной платой, основной и кэш-памятью, жестким диском, графической и сетевой картами. При этом для хранения данных предполагалось использовать главным образом внешнюю сеть хранения данных (SAN). Такой подход хотя и обеспечивал значительную экономию места для размещения центров обработки данных, приводил к перегреву некоторых компонентов и сопутствующим отказам оборудования. Работа же над способами охлаждения привела разработчиков к мысли выпускать специализированные серверные модули — «лезвия», с более продуманной компоновкой.
В целом, хотя и сегодня можно приобрести модули, представляющие собой полностью функциональный сервер, развитие блейд-технологий идет по пути предложения рынку все расширяющегося набора специализированных модулей.
Сегодняшние блейд-серверы
Коротко охарактеризуем специализированные блейд-серверы, которые сегодня можно найти на рынке.
Вычислительный модуль
Такой модуль содержит процессор и набор микросхем и предназначен, образно выражаясь, для «перемалывания чисел». В каждый модуль может входить несколько процессоров, в том числе многоядерных. Обычно в составе вычислительного модуля присутствует и кэш-память. В функции такого модуля, кроме принятия на себя вычислительной нагрузки, может входить и загрузка ОС после включения блейд-системы.
Пример: IBM LS41 Multiprocessor Expansion Unit.
Модуль дисковой памяти
Модуль дисковой памяти предназначен для оперативного хранения данных и зачастую дополняется внешними дисковыми и ленточными системами хранения. Особенность модуля дисковой памяти в том, что благодаря быстрой шине, связывающей все модули в корзине (включая вычислительный модуль), он обеспечивает значительный рост производительности системы в целом в сравнении с ситуацией, если в центре обработки данных использовались бы только внешние системы хранения.
Пример: IBM Storage and I/O Expansion Unit.
Модуль оперативной памяти
Хотя цены на микросхемы памяти не раз снижались за последнее время, стоимость этих компонентов по-прежнему составляет значительную долю в общей стоимости серверов. Благодаря высокоскоростной шине данных в корзине блейд-системы ресурсы модуля оперативной памяти можно разделять между несколькими вычислительными модулями в соответствии с задачами (приложениями), которые выполняются на этих модулях. Высокий уровень виртуализации ресурсов в блейд-системе позволяет решить еще одну проблему: выход из строя одной или нескольких микросхем памяти внутри модуля памяти не приводит к его полному отказу. Можно использовать модуль и дальше, перераспределив оставшуюся память между вычислительными модулями и обеспечив таким образом отказоустойчивость системы в целом.
Пример: IBM Memory and I/O Storage Expansion Unit.
Модуль маршрутизатора/коммутатора
Такой модуль обычно отвечает за сетевое взаимодействие блейд-системы с другими серверами, центрами обработки данных и внешними каналами связи. Включение модуля маршрутизатора/коммутатора в состав блейд-системы ускоряет обмен данными за счет высокоскоростной шины данных между отдельными модулями.
Пример: Cisco Systems Intelligent Gigabit Ethernet Switching Module.
Модуль сетевого интерфейса
Хотя сетевой интерфейс может быть встроен в вычислительные модули (а кроме того, он всегда присутствует в корзине блейд-системы), модуль сетевого интерфейса имеет дополнительные аппаратные средства для ускоренного сетевого обмена. Этот модуль применяется в тех конфигурациях блейд-системы, где требуется обеспечить особо быстрый обмен данными с локальной сетью предприятия, и он обслуживает все сетевые запросы других блейд-модулей.
Пример: IBM Server Connectivity Module.
Модуль рабочей станции (PC Blade)
Модуль рабочей станции — это воплощение корпоративного подхода к централизованным вычислениям. Исторически этому подходу отвечали тонкие клиенты. С появлением блейд-систем стало возможным реализовать функционал мощного настольного ПК в виде модуля рабочей станции, оставив на рабочем столе пользователя только монитор, мышь и клавиатуру. В настоящее время на каждого пользователя в состав блейд-системы должен входить собственный модуль PC Blade; преимущество такой системы перед тонкими клиентами в том, что можно использовать ресурсы других блейд-модулей (модулей памяти и т. д.) для поддержки вычислительной мощности PC Blade. Обычно модуль рабочей станции (PC Blade) используют для поддержки специализированных приложений, к примеру, на нем можно реализовать функционал графической станции.
Пример: IBM BladeCenter HC10.
Что важно обсудить при выборе блейд-системы
Прежде чем рассмотреть типичные ситуации внедрения блейд-систем в ИТ-инфраструктуру предприятий, уделим еще немного времени техническим аспектам, а именно вопросу о том, какие технические особенности собственно блейд-систем следует обсудить с представителем компании-интегратора, оценивая преимущества разных систем от разных вендоров.
Корзина
Корзина (или, как ее еще иногда называют, шасси) — основа блейд-системы. Корзина обеспечивает все соединения между модулями, их централизованное питание и охлаждение. Шины данных в корзинах разных вендоров несовместимы, а потому требуют использования модулей того же производителя, что и корзина. Разные вендоры реализовали в корзинах те или иные технические решения (ноу-хау), которые они считают важными конкурентными преимуществами. Напомним, что не следует ожидать (по крайней мере в ближайшем будущем) появления недорогих «совместимых» корзин и модулей от китайских производителей. В целом такое положение дел не вызывает особых возражений покупателей, так как при использовании в одной корзине модулей от разных производителей было бы сложно гарантировать требуемый уровень надежности и обеспечить фирменный сервис/поддержку.
Порты ввода-вывода
Корзины блейд-систем должны обмениваться данными друг с другом на высокой скорости, поэтому коммуникационные порты выполнены на базе открытых стандартов — InfiniBand, Fibre Channel, Fast Ethernet, iSCSI и Serial Attached SCSI (SAS). Конкретный набор коммуникационных портов указан в технической спецификации на корзину.
Модули со специализированными процессорами
С теоретической точки зрения нет никаких препятствий для производства модулей-лезвий на базе специальных процессоров. Разумеется, на рынке в подавляющем большинстве представлены модели на базе процессоров x86-64. Некоторые вендоры, например IBM, выпускают блейд-серверы на базе собственных процессоров IBM Cell Broadband Engine или PowerPC. Такие модули можно использовать в одной корзине совместно с традиционными серверами х86. Обычно серверы со специализированными процессорами обслуживают особые вычислительные потребности, например, служат для ускорения параллельной обработки данных и потоковых приложений (BladeCenter QS21) или для поддержки виртуализованной среды (IBM BladeCenter JS22 Express).
Функция виртуализации
Программные средства управления блейд-системой должны обеспечить управление не только физическими модулями, но и виртуальными ресурсами модулей корзины, а также других блейд-систем в центре обработки данных. Для поддержки функции виртуализации может потребоваться дополнительное ПО.
Резервирование N+N
Предполагается, что блейд-модули изначально сконструированы для перераспределения нагрузки — на случай, если какой-то модуль в корзине выходит из строя. Однако, если модуль данного типа в корзине всего один, то в случае его выхода из строя система не сможет продолжить работу. Поэтому рекомендуется использовать резервирование для критически важных модулей, таких, как модули сетевых соединений, питания и т. д.
Модули с многоядерными процессорами/мультипроцессорные модули
Сегодня на рынке уже трудно встретить блейд-серверы, построенные на одноядерных процессорах. Как правило, используемые процессоры имеют двухъядерную и более сложную архитектуру. Не следует путать модули с многоядерными процессорами и мультипроцессорные модули, хотя в некоторых моделях эта функциональность может быть совмещена. Многоядерный процессор обладает улучшенными способностями утилизации ресурсов кэш-памяти, а использование нескольких процессоров выгодно при большой вычислительной нагрузке, включая параллельную обработку данных.
Автоматическое развертывание и удаление приложений
В комплект поставки блейд-системы должно входить ПО для управления системой. Вновь устанавливаемые модули должны быть распознаны системой, и для них должны быть автоматически развернуты те приложения, которые им требуются для работы. Аналогично при удалении из блейд-системы того или иного модуля соответствующее ПО тоже должно быть удалено.
Основные случаи развертывания блейд-систем
В этом разделе мы рассмотрим типовые случаи, когда использование блейд-систем наиболее разумно как с технической, так и с экономической точек зрения.
«Под проекты». Развертывание блейд-систем в организациях с унаследованной гетерогенной ИТ-инфраструктурой можно рекомендовать вести «попроектно», т. е. под нужды новых ИТ-проектов и в первую очередь — для поддержки тех бизнес-процессов, которые находятся на стадии интенсивного развития и могут потребовать значительного увеличения вычислительной мощности в ближайшем будущем. Как пример подобных приложений можно назвать системы биллинга, обеспечения терминального доступа, Web-сервисы и т. п.
Плановая консолидация вычислительных ресурсов. Консолидация вычислительных ресурсов — одна из ступеней развития ИТ-инфраструктуры организации, движущая сила которой — стремление к повышению безопасности данных и снижению затрат на владение (администрирование серверов, техническое обслуживание, стоимость развертывания и обновления приложений и т. д). Блейд-системы — это очень удачный пример оборудования, которое может успешно решить задачи консолидации вычислительных ресурсов в организациях любого уровня.
Вновь создаваемые организации и бизнес-проекты. Как крупным организациям, так и малому бизнесу следует обратить внимание на блейд-системы для построения адаптивной ИТ-инфраструктуры, которая позволит гибко реагировать на вызовы рынка. Сегодня в списке моделей блейд-систем ведущих вендоров есть такие, которые ориентированы специально на малый бизнес (например, IBM BladeCenter S). Кстати говоря, малым компаниям необязательно самим покупать и обслуживать блейд-систему — на рынке имеются достаточно привлекательные предложения хостинга корпоративных приложений малого бизнеса на блейд-системах в центрах обработки данных, принадлежащих системным интеграторам или компаниям, специализирующимся на аутсорсинге ИТ-услуг.
Каков же итог?
Ничто не идеально в мире, и самые передовые технологии по прошествии времени все равно будут восприниматься как анахронизм. Однако вопрос в том, насколько удачной на тот момент будет ИТ-инфраструктура вашей компании, сможет ли она гарантировать поддержку основного бизнеса и получение прибыли, особенно на нынешнем быстро меняющемся рынке. Если это удается сделать в сжатые сроки и с наименьшими затратами, в том числе затратами на владение, то лучшего желать и не приходится. Как представляется сегодня, по уровню зрелости технологий блейд-системы заслуживают того, чтобы стоять первыми в списке возможных решений при рассмотрении новых проектов построения ИТ-инфраструктуры современного предприятия.