Система виртуализации серверов IBM Power

Рис. 1. Структура гипервизора PowerVM

Кроме самих логических разделов сервера (LPAR) гипервизор также формирует виртуальные устройства ввода/вывода для этих разделов. В любом логическом разделе System Power всегда создаются два виртуальных устройства – адаптеры последовательных портов, используемые для виртуальной консоли LPAR. Прочие виртуальные устройства могут понадобиться, когда на одной системе создаются несколько разделов.

Для гибкой конфигурации устройств ввода/вывода в IBM System Power используется Virtual IO Server (VIOS), который представляет собой отдельный логический раздел со специализированным ПО на основе ОС. Основная задача VIOS – создание и поддержка функционирования виртуальных устройств, таких как виртуальные диски, адаптеры LAN или SCSI/FC из физических устройств и предоставление к ним доступа другим логическим разделам. PowerVM позволяет создавать в логических разделах виртуальные устройства следующих типов:

• виртуальный последовательный порт;
• виртуальные сетевые адаптеры:
  • разделяемый виртуальный сетевой адаптер (Shared Ethernet Adapter);
  • логический сетевой адаптер (на базе аппаратного устройства Integrated Virtual Ethernet);
• виртуальный SCSI HBA;
• виртуальный FC HBA.

На схемах ниже приведены работы различных виртуальных устройств и их основные особенности:

• трафик идет через раздел VIOS, тратятся вычислительные ресурсы системы на поддержку функционирования виртуальных устройств;
• сложная схема конфигурирования, существенная вероятность ошибки;
• аппаратное устройство (IVE) работает как виртуальный коммутатор, для работы не требует затрат вычислительных ресурсов системы;
• процесс конфигурирования существенно упрощен.

• адаптер используется разделом монопольно, один WWN на порт;
• виртуализация посредством VIOS на блочном уровне, тратятся ресурсы системы на поддержку функционирования виртуальных устройств;
• распределение и разделение устройств по разделам на уровне VIOS, устройства всех виртуальных разделов видны в VIOS;
• сложная схема конфигурирования, существенная вероятность ошибки;
• до 62 WWN на порт, каждый виртуальный раздел имеет свой WWN;
• прозрачная трансляция, существенная экономия ресурсов системы;
• разделение на уровне зонирования SAN и привязки на уровне массива;
• процесс конфигурирования существенно упрощен;
• прямая поддержка ленточных библиотек для каждого раздела;
• поддержка технологии Live Partition Mobility.

Таким образом, используя возможности системы виртуализации PowerVM, мы можем на одном сервере IBM System Power создать несколько виртуальных серверов (логических разделов) со своими виртуальными устройствами, работающими под управлением ОС AIX, Linux или IBM I (на текущий момент теоретический предел составляет 254 раздела). Возможна миграция лицензий PowerVM, например, с Express Edition до Standard Edition или до Enterprise Edition. В приложении 1 перечислены версии Power VM и их возможности.

Приложение 1. Основные характеристики линейки IBM BladeCenter

Вычислительные комплексы масштаба предприятия на платформе IBM Power

Информационные технологии в настоящее время являются одной из основных движущих сил прогресса. Прикладные информационные системы, без которых уже никто не может себе представить существование любых организаций, постоянно совершенствуются, разработчики реагируют на быстро меняющиеся потребности заказчиков и реализуют новую функциональность – следовательно, растут требования к производительности оборудования и уже само собой разумеющейся считается высокая доступность всех информационных сервисов в режиме 24 х 7.

Рис. 1. Современная схема ВК

В любой организации рано или поздно принимается решение о построении новой серверной платформы, на которой будет происходить развертывание, промышленная эксплуатация и дальнейшее развитие больших корпоративных информационных систем. Иногда это связано с глобальным переходом на новый программный продукт (например, внедрение новой АБС или ERP-системы), иногда же просто приходит понимание, что существующая платформа перестала удовлетворять возросшим требованиям. Попытаемся обозначить эти требования и наметить пути, следуя которым, можно эти требования удовлетворить.

Доступность. Информационные сервисы, обеспечивающие поддержку критичных бизнес-процессов организации, должны работать всегда, чтобы ни случилось с компонентами поддерживающей инфраструктуры. Обеспечить доступность на уровне 99,9% и выше имеют возможность только кластерные архитектуры, способные автоматически изолировать сбойные участки и перераспределить нагрузку. Во многих случаях нужно также обеспечить катастрофоустойчивость решения, разделив инфраструктуру на несколько площадок, территориально удаленных друг от друга.

Производительность. В большинстве случаев нагрузка на информационные системы распределяется неравномерно в течение времени. Чтобы справиться с пиками, требуется запас по производительности. Оптимальным решением является не закупка оборудования с запасом, которое будет простаивать большую часть времени, а перераспределение ресурсов с целью использования временно свободных – технологии виртуализации и консолидации подходят для этого как нельзя лучше.

Масштабируемость. Нагрузка на оборудование обычно существенно растет в процессе развития системы. Необходимо предусмотреть оптимальную стратегию будущей модернизации (либо замены) серверов, систем хранения данных и подсистемы резервного копирования, обеспечив защиту первоначальных инвестиций и минимизировав последующие.

Поддержка развития. Серверная платформа должна поддерживать все стадии жизненного цикла информационной системы. Необходимо обеспечить возможность разработчикам развивать систему, гарантировать качественное тестирование вносимых в систему изменений и возможность их безопасного применения к промышленным окружениям. Следовательно, является весьма востребованной функциональность создания и управления «снимками» файловых и дисковых ресурсов, используемая для создания клонов окружений и быстрого восстановления промышленного окружения, например, в случае внесения изменений, вызвавших серьезный сбой, либо устранения ошибки пользователя, повлекшей за собой потерю целостности данных.

Эффективность. В конечном счете, как всегда, речь идет только о двух ресурсах – это время и деньги. Иногда важнее одно, иногда другое, однако современные технологии позволяют избежать компромисса – минимальное время реакции на потребность увеличить производительность системы или экономия бюджета – программы CoD (Capacity on Demand) позволяют иметь в наличии аппаратный резерв мощности и мгновенно активировать его по требованию на постоянной либо временной основе. Весьма полезной является и технология Thin Provisioning, позволяющая оптимизировать требования к дисковой подсистеме.

Персонал. По сути это еще один аспект защиты инвестиций. Помимо совершенно очевидных инвестиций в оборудование и программное обеспечение следует помнить об инвестициях в технологии и персонал, поддерживающий эксплуатацию комплекса. Технологии не работают сами по себе, их реализуют конкретные специалисты, от компетентности которых зависит бoльшая часть успеха. При смене аппаратной платформы, существенная часть знаний и опыта будет утеряна, потребуется дополнительное обучение сотрудников. Одной из кардинальных мер, позволяющих обойти эту проблему, является принятие решения о передаче поддержки на аутсорсинг, но следует понимать, что это решение должно быть осмысленным и сопровождаться комплексом мер по организации процесса управления качеством сервиса.

Чтобы построить перспективную программно-аппаратную платформу, удовлетворяющую всем вышеописанным требованиям, недостаточно просто провести закупку по спецификации – в этом случае получится всего лишь набор ящиков с оборудованием на складе и коробки с ПО на полках. В итоговый комплекс должны войти оригинальные проектные решения (учитывающие специфику конкретного проекта), а также методики развертывания и настройки, основывающиеся на опыте квалифицированных специалистов. Результат в итоге должен получиться существенно больше, чем сумма составляющих его компонент – это и будет надежная и гибкая платформа для развития. Комплексный подход позволит избежать проблем в будущем и обеспечит все потребности заказчика сейчас и в долгосрочной перспективе.

Из каких частей состоит современный вычислительный комплекс? Попробуем обозначить основные компоненты:

• серверная платформа (серверы, операционые системы и кластерное ПО);
• системы и сети хранения данных (СХД);
• подсистема резервного копирования и восстановления (ПРК);
• СПО управления комплексом и мониторинга его состояния.

Рис. 2. Аппаратная схема распределенного ВК

Переходя от теории к практике, рассмотрим оптимальную, с нашей точки зрения, реализацию вычислительного комплекса на оборудовании IBM.

Серверная платформа. Вычислительное ядро комплекса составляют высокопроизводительные серверы IBM Power. Система виртуализации IBM PowerVM, в целях сведения к минимуму накладных расходов, использует встроенные аппаратные возможности сетевой подсистемы (IVE – Integrated Virtual Ethernet) и технологию NPIV (N_Port ID Virtualization). Создается два системных виртуальных раздела под управлением VIOS, которые дублируют друг друга и обеспечивают работу виртуальных устройств ввода/вывода. Каждой программной компоненте корпоративной ИС (СУБД либо серверу приложений) выделяется свой собственный виртуальный раздел. Продвинутые возможности системы виртуализации по управлению утилизацией аппаратных ресурсов оборудования (Micro-Partitioning, Active Memory Sharing) позволяют оптимизировать требования к процессорам и оперативной памяти. В целях сокращения запланированного времени простоя системы инфраструктура подготавливается к использованию уникальной функциональности Live Partition Mobility, позволяющей переносить виртуальный раздел с одного физического сервера на другой без прекращения работы пользователей системы.

В случае возникновения незапланированной потребности в дополнительных вычислительных ресурсах, решение использует возможности программы CoD (Capacity on Demand). Функциональность CoD позволяет задействовать установленные, но неактивные процессоры и оперативную память на постоянной (активировать ресурсы) либо временной основе (активировать ресурсы по мере необходимости и платить по факту использования).

Виртуальные разделы объединены в кластеры IBM PowerHA, обеспечивающие высокую доступность информационных сервисов. Кластерное решение использует возможности тесной интерграции с удаленной репликацией дисковых систем хранения данных. Особое внимание уделено дублированию линий связи между узлами кластеров, находящихся на разных площадках – вероятность сегментирования кластера сведена к теоретическому минимуму.

СХД. В плане организации систем и сетей хранения данных, в решении могут быть использованы самые прогрессивные технологии и компоненты: дисковые массивы класса midrange IBM DS5000 либо high-end IBM DS8000, производительные SAN-коммутаторы и система виртуализации IBM SAN Volume Controller (SVC). Решение готово к построению катастрофоустойчивой конфигурации, предусмотрена возможность разнесения оборудования по основной и резервной площадкам. Распределенная сеть хранения данных позволяет обеспечить работу системы удаленной репликации практически без ограничений по расстоянию между основным и резервным ЦОД. Выделение дискового пространства оптимизируется посредством технологии Thin Provisioning.

Тщательно продумана инфраструктура для дальнейшего развития информационных систем. Помимо продуктивных окружений для каждой подсистемы предусмотрены окружения для разработки и тестирования, включая тестирование качества и производительности после внесения изменений. Эффективная реализация всей этой инфраструктуры основывается на использовании функций удаленной репликации и снимков, реализованных с помощью встроенных возможностей и системы виртуализации СХД.

СРК. В качестве подсистемы резервного копирования и восстановления используются ленточные библиотеки семейства IBM TS3000 Tape Library, управляемые ПО IBM Tivoli Storage Manager (TSM). Подсистема управляет режимами и расписанием процессов резервного копирования, обеспечивает полную автоматизацию резервного копирования СУБД и файловых ресурсов. TSM поддерживает все основные виды системного ПО (СУБД, серверы приложений) и отлично интегрируется с ними, обеспечивая проведение резервного копирования в режиме реального времени без остановки системы.

СПО управления и мониторинга представляет собой программный комплекс, построенный на базе семейства продуктов IBM Tivoli и обеспечивающий эффективный, согласованный и централизованный мониторинг ключевых распределенных ресурсов с помощью единого интерфейса управления. Система позволяет контролировать как актуальные данные, практически в режиме реального времени, так и ретроспективные данные. Элементы проактивного мониторинга существенно повышают общую надежность всего решения, позволяя персоналу реагировать на инциденты, предупреждая прерывание сервиса пользователям.

Опционально можно настроить интеграцию с системой управления инцидентами.

В процессе проектирования, на этапе уточнения требований, происходит адаптация решения и выбор оборудования под конкретные запросы заказчика. Решение обладает отличной вариативностью; если не требуется исключительная производительность, то можно использовать модели начального уровня (серверы Power 550 и дисковые массивы DS5020), однако можно масштабировать решение до уровня hi-end и построить его на серверах Power 595 и системах хранения данных DS8700.

Большие ИС требуют длительной доработки и тестирования перед запуском, поэтому достаточно часто используется принцип двухэтапного построения серверного комплекса.

На этап доработки и тестирования системы достаточно оборудования начального уровня (которое потом будет использовано для поддержки сред разработки и тестирования), а перед запуском в промышленную эксплуатацию настроенная система переносится на тяжелое решение, обеспечивающее требуемые производительность и надежность. При выборе стратегии модернизации оборудования следует рассматривать и сравнивать между собой несколько вариантов:

• старт на серверах начального уровня, затем закупка тяжелых серверов;
• использование возможностей модульного масштабирования серверов старших линеек (закупка в минимальной конфигурации, затем модернизация);
• использование программы CoD (закупка сразу целевой конфигурации комплекса с неактивными ресурсами и последующая активация перед запуском);

Выбор конкретного варианта производится исходя из экономической эффективности и реальной оценки рисков (например, если весьма вероятен сдвиг сроков запуска проекта в промышленную эксплуатацию, более привлекательным выглядит первый вариант).

Достаточно часто строящаяся платформа должна обеспечить функционирование не только новых корпоративных информационных систем, но и уже работающих, причем их платформа может быть самой разной. Миграция старых систем на новую платформу является одной из самых сложных задач в процессе реализации комплексного проекта, как из-за технических сложностей самого процесса миграции, так и по причине очень узких окон запланированного даунтайма у работающих промышленных систем. Однако наши квалифицированные специалисты владеют самыми современными технологиями, и, обладая большим опытом проведения миграций различных корпоративных систем, способны решить самые сложные задачи заказчиков. При миграции на платформу Power, компания IBM совместно с системным интегратором, ведущим проект, предоставляет бесплатный сервис миграции – Migration Factory. Продвинутые программные решения обеспечивают надежную миграцию с минимальным временем простоя информационных сервисов.

После завершения проекта заказчик получает работоспособное и хорошо документированное комплексное решение, где все подсистемы взаимоувязаны между собой, что существенно облегчает задачу последующей поддержки инфраструктуры. Решение такого уровня будет удовлетворять всем требованиям заказчика на длительный период времени и способно адаптироваться к любым изменениям, обеспечивая управляемую, надежную и гибкую платформу для развития. Построение таких решений невозможно без синергетического взаимодействия между персоналом заказчика и квалифицированными специалистами компании интегратора, имеющими большой опыт реализации проектов самого высокого уровня сложности.

Заключение

Наверное, вы уже захотели провести виртуализацию и консолидацию всего, что только возможно, если еще этого не сделали. А возможно вы уже хорошо знакомы с этими концепциями и давно их используете? Тогда не стоит останавливаться на достигнутом. Ведь несмотря на кризис, в области ИТ постоянно что-то происходит, на рынке возникают новые продукты и услуги, которые помогают клиентам тратить меньше, а получать больше. В качестве примера можно привести технологии, которые позволяют превращать разрозненные мелкие дисковые массивы в оборудование класса High-End, а систему резервного копирования наделять функциями защиты данных и учить саму писать планы аварийного восстановления. Но это уже совсем другая история.

Приложение 1. Модельный ряд серверов IBM