Виртуализация для больших и маленьких

14 Марта 2013 г., 11:48
Категория: Виртуализация

Будь то небольшой стартап, которому нужна базовая инфраструктура, но нет бюджета на нее, или крупная компания, у которой набралось уже столько серверов, что не понятно, куда их ставить, – в большинстве случаев виртуализация оказывается универсальным средством, способным решить проблемы ИТ-инфраструктуры любого масштаба.

Когда виртуализация действительно необходима?

Многие динамично развивающиеся компании рано или поздно сталкиваются с одной и той же проблемой: традиционная ИТ-инфраструктура не успевает с поддержкой бурного роста бизнес-задач. По мере увеличения числа бизнес-приложений растет количество серверов, необходимых для их обслуживания, что приводит к постоянному увеличению количества оборудования. Компания начинает закупать новое оборудование, вычислительные ресурсы которого впоследствии используются порой лишь на 10-20%. Вновь приобретенное оборудование требует дополнительных технических помещений, новых мощностей систем охлаждения и увеличивает давление на перекрытия. Рост нагрузок на сети электропитания влечет за собой модернизацию или замену всей электросети. Развитие бизнеса упирается в технические ограничения. Обеспечение непрерывности работы ИТ-систем становится критичной задачей. Появляется стойкое ощущение, что это предел, наращивать оборудование больше нельзя. Пора что-то менять. С этим лавинообразным комом проблем поможет справиться виртуализация.

Виртуализация – это программно-техническое решение, которое позволяет один физический компьютер представить как несколько независимых «виртуальных» компьютеров. Каждый из этих виртуальных компьютеров имеет свой собственный набор системных ресурсов, собственную операционную систему и собственные приложения. Виртуализация позволяет не только запускать несколько виртуальных серверов на одном физическом компьютере, но и повысить общую гибкость и надежность системы.

При наличии виртуальной среды, если руководство ставит задачу – внедрить новую систему поддержки бизнеса, например CRM, – это не значит, что нужно покупать новый сервер, ждать, когда он будет поставлен и настроен, думать, где его разместить и как запитать. Достаточно создать виртуальный сервер. Операция займет не более 30 минут и не потребует дополнительного бюджета. Мало того, новая бизнес-система сразу будет обладать всеми атрибутами надежности, безопасности, высокой доступности и непрерывности, которые настроены в виртуализированной среде.

Экскурсия в виртуализацию

Для первых шагов в виртуализацию чаще всего не требуется никаких дополнительных затрат и достаточно свободных существующих вычислительных ресурсов. На выбранный компьютер устанавливается бесплатная версия ПО виртуализации - гипервизор. Гипервизор обеспечивает одновременное выполнение нескольких операционных систем на одном и том же физическом компьютере. На каждый гипервизор переносится столько операционных систем, сколько позволяют ресурсы хоста. Обычно на одном гипервизоре можно запустить 5-10 виртуальных серверов.

Виртуализация базового уровня
Рис.1. Виртуализация базового уровня

Такое решение, назовем его «базовой виртуализацией», позволит сразу сократить количество оборудования, освободить площади серверных помещений, резко сократить электропотребление и потребности в кондиционировании, снизить нагрузки на перекрытия зданий. Базовая виртуализация также делает возможным гибкое перераспределение вычислительных ресурсов физического сервера между виртуальными машинами, которые расположены на этом компьютере. Некоторым организациям эти преимущества виртуализации позволяют избавиться от серьезной головной боли.

Приведем наглядный пример: у одного из клиентов компании SiTCON серверные находились на верхних этажах многоэтажного здания. Для развития бизнеса требовались новые серверы, но перекрытия здания не позволяли увеличивать нагрузку. Развитие серверной инфраструктуры в традиционном русле потребовало бы серьезных инженерных работ по укреплению перекрытий. Ситуация осложнялась еще и тем, что для установки новых физических серверов требовалось завести новые электрические мощности в здание, поскольку все текущие были исчерпаны. Суммарная смета работ в разы превосходила стоимость самих серверов. В качестве решения была выбрана виртуализация. На начало проекта использовалось 50 физических серверов, занимавших вместе с сетевым оборудованием и источниками бесперебойного питания 6 стоек. Их общее энергопотребление, включая систему охлаждения, приближалось к 40 кВт. По завершении проекта вся инфраструктура уместилась в одной серверной стойке с общим энергопотреблением, не превышающим 15 кВт.

С похожей проблемой сталкиваются многие компании, размещающиеся как в современных бизнес-центрах, так и в обычных зданиях, не оснащенных специализированными серверными площадями. Большинство помещений, в которых установлено серверное оборудование, изначально не проектировалось как ЦОДы. Чаще всего они располагаются в зданиях, система электроснабжения которых проектировалась двадцать и более лет назад. Да и перекрытия в зданиях создавались без расчета на тяжелое оборудование. В таких случаях виртуализация оказывается гораздо выгоднее инженерных работ.

…на начало проекта использовалось 50 физических серверов, занимавших вместе с сетевым оборудованием и источниками бесперебойного питания 6 стоек. Их общее энергопотребление, включая систему охлаждения, приближалось к40 кВт. По завершении проекта вся инфраструктура уместилась в одной серверной стойке с общим энергопотреблением, не превышающим 15 кВт.

Решения базовой виртуализации доступны даже небольшим организациям со скромным ИТ-бюджетом. Они  могут успешно применяться для целей разработки, тестирования или для пилотных проектов. Однако применять их для промышленных внедрений и критичных бизнес-задач не рекомендуется. Это объясняется резким ростом цены простоя или выхода из строя оборудования. Есть еще один тонкий момент. При расчете ресурсов чаще всего учитывают мощности процессоров, объем оперативной памяти и размер дискового пространства, но узким местом может стать производительность жестких дисков и пропускная способность сетевых интерфейсов. Чтобы получить промышленную виртуальную инфраструктуру, способную поддерживать высоконагруженные и критичные для бизнеса  приложения, нужно приложить еще ряд усилий.

Что нам стоит виртуализированный ЦОД построить…

Проблемы высокой доступности и производительности обособленных гипервизоров решаются путем объединения этих гипервизоров в виртуальную инфраструктуру (см. рисунок 2). И это уже следующий уровень развития виртуализации.

Виртуализация базового уровня
Рис.2. Отказоустойчивый кластер обеспечивает бесперебойнуюработу виртуальных машин при выключении любого физического элемента комплекса.

Для преобразования обособленных серверов в виртуальную инфраструктуру необходимо произвести ряд изменений. Во-первых, нужно организовать высокопроизводительную сеть передачи данных для связи между собой всех компонентов. Во-вторых, подключить сетевое хранилище данных (СХД) для централизованного хранения информации всех виртуальных машин. И в третьих, установить и настроить центр управления, который распоряжается всеми ресурсами и обеспечивает автоматизацию процессов.

Полученная архитектура обладает существенными преимуществами. Производительность СХД позволяет использовать в виртуальной среде высоконагруженные приложения. Виртуальные машины не привязаны к конкретному узлу и могут перемещаться между серверами без прекращения работы. Вычислительные ресурсы всех узлов объединяются в единый пул ресурсов и могут гибко перераспределяться между различными задачами. Плановые простои минимизируются за счет того, что выключение любого компонента инфраструктуры возможно без остановки работы виртуальных машин путем переноса их на свободные ресурсы. Механизм шаблонов и клонирования виртуальных машин позволяет запускать новые приложения практически мгновенно, не тратя время на установку и настройку операционных систем.

Сколько стоит виртуализация?

Расходы на внедрение проекта виртуализации складываются из следующих компонентов:
  1. Стоимость СХД.Она обычно сопоставима с суммарной стоимостью всех серверов кластера.
  2. Серверное оборудование. Возможно, потребуется его обновление, потому что к нему теперь предъявляются повышенные требования по наращиванию объема оперативной памяти для облуживания большего количества виртуальных машин. Рекомендуется также использовать не менее двух высокопроизводительных сетевых карт для разделения сетевого трафика и повышения отказоустойчивости решения.
  3. Программная платформа виртуализации. Для построения отказоустойчивого кластера недостаточно использовать бесплатную версию.
  4. Сетевые коммутаторы. Потребуются для обеспечения надежной высокопроизводительной сети.

Когда виртуальные решения выгоднее и надежнее традиционных

Подсчет расходов, связанных с переходом на виртуальную инфраструктуру, заставит задуматься любого ИТ-директора, насколько экономически целесообразен переход. Чтобы принять верное решение нужно учесть все плюсы и минусы, связанные с традиционными решениями и с виртуализацией.

Одно из основных преимуществ, которые дает виртуализация – это высокая доступность приложений и непрерывность бизнеса. Как реализуется отказоустойчивость бизнес-критичных приложений в традиционных решениях? Для каждого критически важного сервера обязателен резервный сервер, который стоит немного меньше, чем основной, но 99% времени простаивает. Если таких серверов не один, а их, как правило, несколько, то количество неиспользуемого оборудования стремиться к 50%. Для наиболее критичных приложений организуются кластерные решения, которые также включают в себя общие дисковые массивы, по сути своей - те же самые СХД. В виртуальной инфраструктуре для обеспечения непрерывности нет необходимости в резервировании ни одного сервера. Достаточно на каждом сервере установить резерв порядка 20% на используемую память и процессорные ресурсы. В этом случае при отказе любого узла виртуальные машины распределяются по остальным узлам.

Еще одно важное преимущество виртуализации – легкость управления ресурсами. Для физических серверов изменение конфигурации оборудования – это целые процессы, которые требуют предварительной подготовки и влекут за собой простой оборудования. Если необходимо увеличить память в сервере, расширить дисковое пространство, то простоев информационных систем не избежать. А если вдруг нужно увеличить количество процессоров или их тип, то тут иногда без полной замены оборудования не обойтись. В виртуальной инфраструктуре для современных операционных систем изменение объема выделяемой памяти, дискового места или числа виртуальных ядер процессоров может происходить даже без остановки работы операционной системы.

И наконец, виртуализация позволяет реализовать качественно новый подход к резервному копированию и восстановлению данных. Резервное копирование традиционных систем, как правило, происходит на уровне приложений. Для разных операционных систем и разных приложений необходимо использовать разные инструменты. При большом объеме данных время копирования и восстановления может занимать часы. В виртуальной инфраструктуре существуют универсальные инструменты резервного копирования, которые позволяют делать копии как на уровне приложений, так и на уровне операционной системы. Кроме того современные СХД, путем применения технологий мгновенных снимков, позволяют сократить время восстановления данных с нескольких часов до считанных секунд, при этом не занимая лишнего дискового пространства и не влияя на производительность.

ExpressPod. Такая стойка на 12 юнитов способна заменить серверную небольшого банка
Рис.3. ExpressPod. Такая стойка на 12 юнитов способна заменить серверную небольшого банка.

С учетом сокращения не только общего количества серверов, но также резервных серверов, сетевого и прочего оборудования, такие аспекты как снижение электропотребления и требования к площадям серверных помещений выходят на новый уровень.

С чего начать?

Создавая виртуальную ИТ-инфраструктуру, можно пойти разными путями. Первый путь - вы самостоятельно подбираете все составляющие. Вероятно, что в этом случае вам удастся в итоге собрать именно то решение, которое наилучшим образом будет учитывать потребности вашей компании. Однако способ «сделай сам» может оказаться самым дорогим, затратным по времени и несет в себе риск плохой совместимости выбранных компонентов. Другой вариант – вы приобретаете готовое закрытое решение. Плюсы такого решения – быстрая настройка и гарантированная совместимость компонентов, минусы – негибкость решений и невозможность последующей модификации. И, наконец, самый разумный, на наш взгляд, способ – модульные решения. Это предварительно настроенная тиражируемая архитектура, но при этом с большими возможностями модификации по требованиям заказчика.

Сегодня существуют модульные решения специально разработанные как для небольших организаций, так и для крупного динамично развивающегося бизнеса. Хороший пример таких архитектур - это  FlexPod «для больших» или ExpressPod «для маленьких». Виртуализация придется по размеру всем!