Кластерные системы DELL Wolfpack
"Подсчитано, что простои обходятся предприятиям США в 4 миллиарда долларов в год. Простой средней сложности приводит к убыткам в размере $140,000 в торговле и $450,000 в бизнесе ценных бумаг" (доклад Стратегического научно-исследовательского подразделения FIND/SVP, 1992)."Если в сети, которая поддерживает торговую систему, происходит сбой, то возможна потеря миллионов долларов в считанные доли секунды" (группа Gartner, 1996).
Мир движется вперед. Чем больше мы имеем, тем больше рискуем потерять. В последнее время огромное значение приобретает надежное функционирование аппаратно-программных комплексов информационных систем предприятий и организаций. При этом все чаще предприятия и организации работают в условиях, когда даже минимальные простои такого оборудования недопустимы в принципе.
Для повышения надежности работы информационных систем начиная с 80-х годов применяются кластерные технологии, однако до настоящего времени подход к этим технологиям основывался на использовании мини-компьютеров. Для серверов на базе Intel, работающих в Windows NT, возможности увеличения производительности, надежности и расширяемости определялись самим сервером. При этом действовал ряд ограничений.
В частности, надежность сервера существенно зависела от вспомогательных устройств (источников энергии, плат, вентиляторов). Ее можно было повысить при помощи устройств с возможностью горячей замены (дисковых накопителей, источников питания и вентиляторов), а также при использовании оперативной памяти стандарта ECC. Производительность приложений в основном зависела от тактовой частоты процессоров, объема кэш-памяти и оперативной памяти. Наращиваемость ресурсов сервера определялась его соответствием спецификации SMP и вместительностью корпуса. Теперь эти ограничения сняты благодаря новым кластерным решениям для NT-серверов.
Существуют испытанные способы повышения надежности отдельно взятого сервера. Прежде всего это введение избыточности отдельных устройств и подсистем сервера, от надежности функционирования которых зависит отказоустойчивость системы в целом. Избыточность в пределах сервера достигается дублированием и троекратным резервированием наиболее критичных с точки зрения живучести сервера компонентов, таких как дисковые накопители, блоки питания, вентиляторы, иногда даже процессоры.
Однако не менее важные компоненты, также практически на 100% определяющие надежность сервера, такие как системная плата, память и, как правило, процессорная подгруппа, либо присутствуют в сервере в единичном экземпляре, либо особенности архитектуры сервера не позволяют для восстановления работоспособности заменить или переконфигурировать эти компоненты в горячем режиме, то есть без остановки вычислительного процесса.
Использование резервного сервера является дорогостоящим и непроизводительным решением, так как его вычислительные мощности, пока все идет нормально, не используются. Кроме того, для запуска резервного сервера и включения его в полноценную работу всегда требуется какое-то время, что приводит к простою информационной системы. Группировка же нескольких серверов в единую вычислительную систему обеспечивает полную избыточность и способность продолжать нормальную работу при выходе из строя одного или нескольких (но не всех сразу) элементов группы. Более того, созданная кластерная система является распределенной вычислительной системой, в которой каждый элемент не простаивает, а выполняет полезную нагрузку, что приводит к повышению производительности.
Кластеризация подразумевает объединение независимых серверов и соответствующих связывающих ресурсов таким образом, что они действуют (а это важно для пользователя) как единая логическая система. Подобная кластерная система оснащена SMP-серверами с двумя, четырьмя и более микропроцессорами, которые работают одновременно. Серверы, объединенные по кластерной схеме, контролируют друг друга, так что в случае ошибки функциональность всей системы, а не только отдельной ее подсистемы, сохраняется. В этом случае один из серверов просто перепоручает решение задач другому или другим элементам кластера. Кластерные решения учитывают вероятность повышения общей нагрузки в будущем. Как только производительность системы становится недостаточной, к ней могут быть добавлены новые серверы.
Таким образом, при объединении серверов в кластерные системы обеспечиваются два основных преимущества - во-первых, повышается надежность и, во-вторых, наращиваемость, потенциал которой будет нелегко исчерпать даже за несколько лет.
Так как производительность, надежность и возможности наращивания вычислительной мощности РС-серверов, работающих под Windows NT, в последний год значительно возросли, теперь они функционируют на уровне, ранее доступном только мини-компьютерам. Сегодня РС-серверы успешно используются для основных деловых и промышленных приложений, включая базы данных, OLTP и Интернет. Эти новые функции удовлетворяют самых требовательных клиентов.
Вместе с тем от РС-серверов, выполняющих важные бизнес-задачи, все острее требуется высокая надежность, безопасность информации и возможность расширения в будущем. Стандартные кластерные схемы предполагают соответствие этим требованиям, экономически выгодны и просты в использовании.
Корпорация Microsoft в партнерстве с DELL и другими производителями серверов разработала кластерные версии программных продуктов для Windows NT Server 4.0. Комплект продуктов Microsoft для кластерных решений назван Wolfpack. Он включает API, что позволяет писать кластерные приложения на стандартной платформе. Wolfpack работает в сетях Fast Ethernet и соответствует всем принятым в настоящее время промышленным стандартам в области архитектуры серверов и сетевых решений. Кроме сотрудничества с Microsoft, компания DELL является партнером Tandem Computer и поддерживает технологию Tandem ServerNet для взаимного соединения NT-серверов (интерконнект). Стратегическое сотрудничество Tandem с Microsoft сделало технологию ServerNet стандартом для интерконнектных схем масштабируемых кластеров. DELL применяет эту технологию в своих кластерных решениях, радикально повышающих наращиваемость и надежность.
Эти решения будут предложены на рынке в два этапа. На первом, предположительно в конце октября, DELL представит кластерное решение с двумя 4-процессорными серверами DELL PowerEdge 6100. Через 3 месяца компания предоставит те же возможности для 2-процессорных серверов DELL PowerEdge 4200. На втором этапе, в первой половине 1998 года, DELL обеспечит расширяемость кластерного решения до 16 серверов, работающих одновременно в составе одной кластерной схемы. При этом предусматриваются простые варианты модернизации уже имеющихся в эксплуатации серверов PowerEdge 6100/4200, обеспечивающие возможность их работы в составе кластерной схемы. Кроме того, реализация двухэлементного кластера с самого начала предусматривает безболезненное наращивание кластерной конфигурации до 3 и более элементов (вплоть до 16).
Новый потенциал NT-серверов расширяет область возможного их применения в качестве производственных решений. На рисунке показано простое кластерное решение с использованием двух серверов, или узлов, и нескольких дисковых массивов, что является первым этапом реализации DELL кластерной схемы Wolfpack. Второй сервер в кластерной группе является полноценно функционирующим, то есть может выполнять приложения, а сбои при необходимости преодолеваются усилиями обоих серверов. В таблице представлены конфигурации серверов, рекомендуемые DELL для использования в составе такой кластерной системы.
Кластерное решение DELL Wolfpack поддерживает следующие приложения: - файловый сервер, совместное использование ресурсов; - информационный Интернет-сервер Microsoft; - Microsoft SQL-сервер.
Благодаря кластерному решению DELL предлагает предприятиям и организациям системы с серверами высокой производительности и с отсутствием простоев, что является оптимальным решением для очень требовательных приложений. Группирование серверов DELL в кластер с использованием пакета Wolfpack обеспечивает дополнительную безопасность при доступности оборудования, которое составит ядро информационной системы предприятия. Одновременно с надежностью существенно повышается производительность системы в целом.
На практике производительность системы после добавления в нее очередного элемента кластера увеличивается на величину до 80 - 85%, причем эта тенденция сохраняется при увеличении количества элементов кластера до максимально возможного (до 16 серверов в составе одной кластерной схемы). Кластерное решение позволяет модернизировать и обслуживать серверы без простоев в работе сети. В таком случае отключается один из них, в то время как другой (или другие) обеспечивает полноценное функционирование информационной системы.
Практикуемый DELL принцип поставки серверов "модель под нужды клиента" позволяет выбрать оптимальный вариант из многочисленных конфигураций аппаратных средств, которые устанавливаются и тестируются на заводе-изготовителе. Кластерное решение DELL базируется на программном обеспечении Microsoft для кластерных систем, что в действительности является промышленным стандартом для кластерных серверов Intel/NT. Стандартные промышленные решения обеспечивают клиентам поддержку широкого спектра постоянно обновляющихся приложений.
Не секрет, что новые процессоры от Intel по своим возможностям вплотную приблизились к лучшим в мире RISC-процессорам. Стоимость мощных серверных и кластерных решений, основанных на применении RISC-систем, превышает стоимость аналогичных по классу решений, базирующихся на платформе Intel, иногда даже в 10 и более раз. К тому же организации не попадают в кабальную технологическую зависимость от поставщика решения на базе RISC-платформы, так как RISC-решения от различных фирм-производителей не стандартизованы на уровне промышленных стандартов и во многом несовместимы между собой. К тому же приходится использовать совершенно экзотическую операционную систему, специалистов по которой на предприятии обычно нет, пройти обучение практически негде, и стоит такое обучение чрезвычайно дорого. Спектр приложений, написанных для таких операционных систем, не отличается многообразием (исключение составляет разве что операционная система Solaris от компании Sun). Зачастую поддержка оставляет желать лучшего, а главное в том, что больше ни у кого этого нет и приходится учиться исключительно на собственных ошибках.
К достоинствам группирования серверов в кластеры следует отнести и то, что несмотря на любую избыточность, созданную в обособленных восьмипроцессорных серверах, при возникновении ситуации, связанной с выходом из строя элемента, присутствующего в составе сервера в единственном числе и на 100% определяющего его надежность, информационная система неминуемо прекращает функционировать. С кластерной группой такого не происходит. Кроме того, отсутствует промышленный стандарт для построения 8-процессорных серверов. Современные образцы 8-процессорных систем имеют настолько различную внутреннюю архитектуру, что говорить о возможности их использования в рамках стандартной промышленной кластерной архитектуры не приходится.
С другой стороны, определяющей характеристикой кластерной схемы DELL Wolfpack является полная аппаратная избыточность, которую она предполагает. В случае поломки сервера его функции незаметно для пользователей передаются другому серверу либо автоматически распределяются по остальным серверам в кластерной группе, сохраняя систему в рабочем состоянии.
Независимо от того, какой запас надежности аппаратных средств предоставляется сервером, обычно невозможно обеспечить такую же степень надежности для работающего на нем программного обеспечения. Кластеризация делает это достижимым. Администраторы получают возможность дистанционно управлять кластерной группой как цельной системой, определять приоритет восстановления в случае сбоев, легко перемещать нагрузку между серверами для того, чтобы отключить сервер от группы для его обслуживания без отключения от сети пользователей.
Концепция работоспособности кластерного решения DELL Wolfpack проста: если сервер способен выполнять приложения, которые являются особо важными, то кластерная группа гарантирует, что в системе не будет ни малейших сбоев, даже в процессе технического обслуживания. Обеспечивая достаточность ресурсов на системном уровне, кластерная группа также эффективно устраняет потребность в больших ресурсах на компонентном уровне (в особенности это касается дорогих компонент с возможностью горячей замены), уменьшая расходы на входящие в кластерную группу серверы.
Кластерные решения, предложенные DELL, на многие годы отодвинут моральное старение серверов среднего и старшего класса. Гарантируется сбережение сделанных в информационную систему инвестиций. То, что кластерная группа DELL основывается на стандартных системах, уменьшает стоимость аппаратных средств, а недорогие системы будут содействовать созданию стандартных кластерных приложений независимыми разработчиками, приводя в итоге к более низкой стоимости программного обеспечения.
Роман Соболенко, по материалам "Белсофт"
Мир движется вперед. Чем больше мы имеем, тем больше рискуем потерять. В последнее время огромное значение приобретает надежное функционирование аппаратно-программных комплексов информационных систем предприятий и организаций. При этом все чаще предприятия и организации работают в условиях, когда даже минимальные простои такого оборудования недопустимы в принципе.
Для повышения надежности работы информационных систем начиная с 80-х годов применяются кластерные технологии, однако до настоящего времени подход к этим технологиям основывался на использовании мини-компьютеров. Для серверов на базе Intel, работающих в Windows NT, возможности увеличения производительности, надежности и расширяемости определялись самим сервером. При этом действовал ряд ограничений.
В частности, надежность сервера существенно зависела от вспомогательных устройств (источников энергии, плат, вентиляторов). Ее можно было повысить при помощи устройств с возможностью горячей замены (дисковых накопителей, источников питания и вентиляторов), а также при использовании оперативной памяти стандарта ECC. Производительность приложений в основном зависела от тактовой частоты процессоров, объема кэш-памяти и оперативной памяти. Наращиваемость ресурсов сервера определялась его соответствием спецификации SMP и вместительностью корпуса. Теперь эти ограничения сняты благодаря новым кластерным решениям для NT-серверов.
Существуют испытанные способы повышения надежности отдельно взятого сервера. Прежде всего это введение избыточности отдельных устройств и подсистем сервера, от надежности функционирования которых зависит отказоустойчивость системы в целом. Избыточность в пределах сервера достигается дублированием и троекратным резервированием наиболее критичных с точки зрения живучести сервера компонентов, таких как дисковые накопители, блоки питания, вентиляторы, иногда даже процессоры.
Однако не менее важные компоненты, также практически на 100% определяющие надежность сервера, такие как системная плата, память и, как правило, процессорная подгруппа, либо присутствуют в сервере в единичном экземпляре, либо особенности архитектуры сервера не позволяют для восстановления работоспособности заменить или переконфигурировать эти компоненты в горячем режиме, то есть без остановки вычислительного процесса.
Использование резервного сервера является дорогостоящим и непроизводительным решением, так как его вычислительные мощности, пока все идет нормально, не используются. Кроме того, для запуска резервного сервера и включения его в полноценную работу всегда требуется какое-то время, что приводит к простою информационной системы. Группировка же нескольких серверов в единую вычислительную систему обеспечивает полную избыточность и способность продолжать нормальную работу при выходе из строя одного или нескольких (но не всех сразу) элементов группы. Более того, созданная кластерная система является распределенной вычислительной системой, в которой каждый элемент не простаивает, а выполняет полезную нагрузку, что приводит к повышению производительности.
Кластеризация подразумевает объединение независимых серверов и соответствующих связывающих ресурсов таким образом, что они действуют (а это важно для пользователя) как единая логическая система. Подобная кластерная система оснащена SMP-серверами с двумя, четырьмя и более микропроцессорами, которые работают одновременно. Серверы, объединенные по кластерной схеме, контролируют друг друга, так что в случае ошибки функциональность всей системы, а не только отдельной ее подсистемы, сохраняется. В этом случае один из серверов просто перепоручает решение задач другому или другим элементам кластера. Кластерные решения учитывают вероятность повышения общей нагрузки в будущем. Как только производительность системы становится недостаточной, к ней могут быть добавлены новые серверы.
Таким образом, при объединении серверов в кластерные системы обеспечиваются два основных преимущества - во-первых, повышается надежность и, во-вторых, наращиваемость, потенциал которой будет нелегко исчерпать даже за несколько лет.
Так как производительность, надежность и возможности наращивания вычислительной мощности РС-серверов, работающих под Windows NT, в последний год значительно возросли, теперь они функционируют на уровне, ранее доступном только мини-компьютерам. Сегодня РС-серверы успешно используются для основных деловых и промышленных приложений, включая базы данных, OLTP и Интернет. Эти новые функции удовлетворяют самых требовательных клиентов.
Вместе с тем от РС-серверов, выполняющих важные бизнес-задачи, все острее требуется высокая надежность, безопасность информации и возможность расширения в будущем. Стандартные кластерные схемы предполагают соответствие этим требованиям, экономически выгодны и просты в использовании.
Корпорация Microsoft в партнерстве с DELL и другими производителями серверов разработала кластерные версии программных продуктов для Windows NT Server 4.0. Комплект продуктов Microsoft для кластерных решений назван Wolfpack. Он включает API, что позволяет писать кластерные приложения на стандартной платформе. Wolfpack работает в сетях Fast Ethernet и соответствует всем принятым в настоящее время промышленным стандартам в области архитектуры серверов и сетевых решений. Кроме сотрудничества с Microsoft, компания DELL является партнером Tandem Computer и поддерживает технологию Tandem ServerNet для взаимного соединения NT-серверов (интерконнект). Стратегическое сотрудничество Tandem с Microsoft сделало технологию ServerNet стандартом для интерконнектных схем масштабируемых кластеров. DELL применяет эту технологию в своих кластерных решениях, радикально повышающих наращиваемость и надежность.
Эти решения будут предложены на рынке в два этапа. На первом, предположительно в конце октября, DELL представит кластерное решение с двумя 4-процессорными серверами DELL PowerEdge 6100. Через 3 месяца компания предоставит те же возможности для 2-процессорных серверов DELL PowerEdge 4200. На втором этапе, в первой половине 1998 года, DELL обеспечит расширяемость кластерного решения до 16 серверов, работающих одновременно в составе одной кластерной схемы. При этом предусматриваются простые варианты модернизации уже имеющихся в эксплуатации серверов PowerEdge 6100/4200, обеспечивающие возможность их работы в составе кластерной схемы. Кроме того, реализация двухэлементного кластера с самого начала предусматривает безболезненное наращивание кластерной конфигурации до 3 и более элементов (вплоть до 16).
Новый потенциал NT-серверов расширяет область возможного их применения в качестве производственных решений. На рисунке показано простое кластерное решение с использованием двух серверов, или узлов, и нескольких дисковых массивов, что является первым этапом реализации DELL кластерной схемы Wolfpack. Второй сервер в кластерной группе является полноценно функционирующим, то есть может выполнять приложения, а сбои при необходимости преодолеваются усилиями обоих серверов. В таблице представлены конфигурации серверов, рекомендуемые DELL для использования в составе такой кластерной системы.
Кластерное решение DELL Wolfpack поддерживает следующие приложения: - файловый сервер, совместное использование ресурсов; - информационный Интернет-сервер Microsoft; - Microsoft SQL-сервер.
Благодаря кластерному решению DELL предлагает предприятиям и организациям системы с серверами высокой производительности и с отсутствием простоев, что является оптимальным решением для очень требовательных приложений. Группирование серверов DELL в кластер с использованием пакета Wolfpack обеспечивает дополнительную безопасность при доступности оборудования, которое составит ядро информационной системы предприятия. Одновременно с надежностью существенно повышается производительность системы в целом.
На практике производительность системы после добавления в нее очередного элемента кластера увеличивается на величину до 80 - 85%, причем эта тенденция сохраняется при увеличении количества элементов кластера до максимально возможного (до 16 серверов в составе одной кластерной схемы). Кластерное решение позволяет модернизировать и обслуживать серверы без простоев в работе сети. В таком случае отключается один из них, в то время как другой (или другие) обеспечивает полноценное функционирование информационной системы.
Практикуемый DELL принцип поставки серверов "модель под нужды клиента" позволяет выбрать оптимальный вариант из многочисленных конфигураций аппаратных средств, которые устанавливаются и тестируются на заводе-изготовителе. Кластерное решение DELL базируется на программном обеспечении Microsoft для кластерных систем, что в действительности является промышленным стандартом для кластерных серверов Intel/NT. Стандартные промышленные решения обеспечивают клиентам поддержку широкого спектра постоянно обновляющихся приложений.
Не секрет, что новые процессоры от Intel по своим возможностям вплотную приблизились к лучшим в мире RISC-процессорам. Стоимость мощных серверных и кластерных решений, основанных на применении RISC-систем, превышает стоимость аналогичных по классу решений, базирующихся на платформе Intel, иногда даже в 10 и более раз. К тому же организации не попадают в кабальную технологическую зависимость от поставщика решения на базе RISC-платформы, так как RISC-решения от различных фирм-производителей не стандартизованы на уровне промышленных стандартов и во многом несовместимы между собой. К тому же приходится использовать совершенно экзотическую операционную систему, специалистов по которой на предприятии обычно нет, пройти обучение практически негде, и стоит такое обучение чрезвычайно дорого. Спектр приложений, написанных для таких операционных систем, не отличается многообразием (исключение составляет разве что операционная система Solaris от компании Sun). Зачастую поддержка оставляет желать лучшего, а главное в том, что больше ни у кого этого нет и приходится учиться исключительно на собственных ошибках.
К достоинствам группирования серверов в кластеры следует отнести и то, что несмотря на любую избыточность, созданную в обособленных восьмипроцессорных серверах, при возникновении ситуации, связанной с выходом из строя элемента, присутствующего в составе сервера в единственном числе и на 100% определяющего его надежность, информационная система неминуемо прекращает функционировать. С кластерной группой такого не происходит. Кроме того, отсутствует промышленный стандарт для построения 8-процессорных серверов. Современные образцы 8-процессорных систем имеют настолько различную внутреннюю архитектуру, что говорить о возможности их использования в рамках стандартной промышленной кластерной архитектуры не приходится.
С другой стороны, определяющей характеристикой кластерной схемы DELL Wolfpack является полная аппаратная избыточность, которую она предполагает. В случае поломки сервера его функции незаметно для пользователей передаются другому серверу либо автоматически распределяются по остальным серверам в кластерной группе, сохраняя систему в рабочем состоянии.
Независимо от того, какой запас надежности аппаратных средств предоставляется сервером, обычно невозможно обеспечить такую же степень надежности для работающего на нем программного обеспечения. Кластеризация делает это достижимым. Администраторы получают возможность дистанционно управлять кластерной группой как цельной системой, определять приоритет восстановления в случае сбоев, легко перемещать нагрузку между серверами для того, чтобы отключить сервер от группы для его обслуживания без отключения от сети пользователей.
Концепция работоспособности кластерного решения DELL Wolfpack проста: если сервер способен выполнять приложения, которые являются особо важными, то кластерная группа гарантирует, что в системе не будет ни малейших сбоев, даже в процессе технического обслуживания. Обеспечивая достаточность ресурсов на системном уровне, кластерная группа также эффективно устраняет потребность в больших ресурсах на компонентном уровне (в особенности это касается дорогих компонент с возможностью горячей замены), уменьшая расходы на входящие в кластерную группу серверы.
Кластерные решения, предложенные DELL, на многие годы отодвинут моральное старение серверов среднего и старшего класса. Гарантируется сбережение сделанных в информационную систему инвестиций. То, что кластерная группа DELL основывается на стандартных системах, уменьшает стоимость аппаратных средств, а недорогие системы будут содействовать созданию стандартных кластерных приложений независимыми разработчиками, приводя в итоге к более низкой стоимости программного обеспечения.
Роман Соболенко, по материалам "Белсофт"
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 42 за 1997 год в рубрике hard :: network
