Конспект админа: блеск и нищета блейд-систем
В Конспекте мы часто обходим стороной enterprise-технологии из-за их малой применимости в не столь масштабных проектах. Но сегодняшняя статья – исключение, потому что речь пойдет о модульных системах, «блейдах».
Не так много архитектурных изысков в IT-мире, которые были бы окутаны большим ореолом «невероятной крутости» и сравнимым набором мифов. Поэтому не буду усложнять еще больше, и просто расскажу об особенностях и применимости такого рода систем на практике.
LEGO для инженера
Блейд-сервер почти обычный сервер, в котором есть привычная материнская плата, оперативная память, процессоры и множество вспомогательных систем и адаптеров. Но «почти» заключается в том, что такой сервер не предназначен для автономной работы и поставляется в специальном компактном корпусе для установки в специальное шасси.
Шасси – или «корзина» – ни что иное, как большой короб с посадочными местами для серверов и дополнительных модулей. Все серверы и компоненты соединены при помощи большой коммутационной платы (Backplane) и образуют блейд-систему.
Если разобрать всю систему на составляющие, то на столе окажется следующая горка:
Блейд-серверы (лезвия) – серверы без блоков питания, вентиляторов, сетевых разъемов и модулей управления;
Шасси – корпус и бэкплейн;
Системы питания и охлаждения для всех компонентов системы;
Коммутационные устройства для связи с внешним миром;
От обычного серверного шкафа все это добро отличается компактными размерами (обычно 6-10U) и высоким уровнем надежности, так как все компоненты могут быть зарезервированы. Здесь, кстати, кроется один из мифов: десяток лезвий не собирается в один большой сервер. Это будет просто десяток серверов с общей инфраструктурой.
К слову, у HPE есть решения, напоминающие традиционные blade-серверы – HPE Superdome. В качестве лезвий там используются процессорные модули с оперативной памятью. В таких решениях вся система действительно представляет собой один высокопроизводительный сервер.
Нюансы архитектурных решений разных производителей блейд-систем уже обсуждались на Хабре (статья хоть и старая, но в своих основах актуальная), поэтому я для иллюстрации использую блейд-систему от HPE – BladeSystem c7000.
В роли лезвий могут выступать:
Дисковые массивы – например, HPЕ StorageWorks D2200sb, в который можно установить до 12 дисков 2,5’’. Так легко и непринужденно нескольким серверам можно выдать общее DAS-хранилище;
Коммутаторы SAN для доступа к внешним системам хранения и полноценные NAS-серверы – например, HPE StorageWorks X1800sb;
На картинке ниже изображена полностью укомплектованная система HPE BladeSystem c7000. Расположение компонентов понятно и так – обратите только внимание на секцию Interconnect modules. В каждый ряд устанавливается отказоустойчивая пара сетевых устройств или pass-thru модулей для простого проброса серверных сетевых интерфейсов наружу.
В компактное лезвие HPE ProLiant BL460c Gen8 помещается только два диска 2,5’’. Для большей красоты вместо дисков можно использовать сетевую загрузку с дисковой системы SAN или PXE.
Ниже изображена более компактная блейд-система от IBM. Общие принципы те же, хоты расположение узлов тут отличается:
Интереснее всего в блейдах, на мой взгляд, сетевая составляющая. С использованием модных конвергентных коммутаторов можно творить настоящие чудеса с внутренней сетью блейд-системы.
Немного сетевой и Enterprise магии
В качестве сетевых модулей могут выступать специальные коммутаторы Ethernet или SAS, либо умеющие и то и другое. Разумеется, в блейд-систему нельзя установить обыкновенный коммутатор, но совместимые модели производятся привычными брендами. Например «великолепной тройкой» HPE, Cisco, Brocade. В самом простом случае это будут просто модули доступа к сети, выводящие все 16 лезвий наружу через 16 портов Ethernet – HPE Pass-Thru.
Такой модуль не уменьшит количество сетевых проводов, но позволит подключиться к корпоративной LAN с минимальными вложениями. Если же вместо него использовать недорогой Cisco Catalyst 3020 с 8 портами 1GbE Ethernet и 4 портами 1GbE SFP, то к общей сети нужно будет подключить лишь несколько общих портов шасси.
Такие сетевые устройства своими возможностями не отличаются от обычных. Значительно интереснее выглядят модули HPE Virtual Connect (VC). Главная их особенность – возможность создавать несколько отдельных сетей с гибким распределением полосы пропускания LAN и SAN. Например, можно подвести к шасси 10GbE и «нарезать» из него 6 гигабитных LAN и один 4Gb SAN.
При этом VC поддерживает до четырех подключений к каждому серверу, что открывает определенные просторы для творчества и сборки кластеров. Подобные решения есть и у других производителей – нечто подобное от Lenovo называется IBM BladeCenter Virtual Fabric.
Вопреки расхожему мнению, сами по себе блейды не отличаются от обычных серверов, и никаких особых превосходств в плане виртуализации не предоставляют. Интересные возможности появляются только с использованием специальных, vendor-locked технологий, вроде VC от HPE или LPAR от Hitachi.
Несколько IPMI из одной консоли
Для настройки блейд-серверов можно использовать встроенные модули аппаратного управления BMC (iLO в случае HPE). Механизм администрирования и удаленного подключения мало отличается от обычного сервера, но сами управляющие модули Onboard Administrator (OA) могут резервировать друг друга и предоставляют единую точку входа для управления всеми устройствами в шасси.
OA могут быть со встроенной консолью KVM для подключения внешнего монитора, либо с одним лишь сетевым интерфейсом.
В общем и целом, администрирование через OA выглядит следующим образом:
Вы подключаетесь к веб-интерфейсу консоли Onboard Administrator. Здесь можно посмотреть состояние всех подсистем, отключить или извлечь лезвие, обновить прошивку и т.п.
Если нужно добраться до консоли конкретного сервера – выбираете его в списке оборудования и подключаетесь к его собственному iLO. Тут уже весь привычный набор IPMI, включая доступ к образам и перезагрузку.
Еще лучше – подключить блейд-систему к внешнему управляющему ПО вроде HPE Insight Control или сменившей ее OneView. Тогда можно настроить автоматическую установку операционной системы на новое лезвие и распределение нагрузки кластера.
К слову о надежности – блейды ломаются точно так же, как обычные серверы. Поэтому при заказе конфигурации не пренебрегайте резервированием компонентов и внимательным изучением инструкций по прошивке. Если подвисший Onboard Administrator доставит лишь неудобства администратору, то неправильное обновление прошивок всех элементов блейд-системы чревато ее неработоспособностью.
Но за всей этой магией мы совсем забыли о приземленных материях.
Нужен ли блейд в вашей компании
Высокая плотность, небольшое количество проводов, управление из одной точки – это все хорошо, но оценим и стоимость решения. Предположим, в абстрактной организации нужно запустить разом 10 одинаковых серверов. Сравним стоимость блейдов и традиционных стоечных моделей HPE ProLiant DL. Для простоты оценки не беру в расчет стоимость жестких дисков и сетевого оборудования.
| Наименование | Модель | Количество | Стоимость |
| Шасси | HPE BladeSystem c7000 | 1 | 603 125 ₽ |
| Блок питания | 2400W | 4 | — |
| Модуль управления | HPE Onboard Administrator | 1 | — |
| Модуль сети | HPE Pass-Thru | 2 | 211 250 ₽ |
| Лезвие | HPE ProLiant BL460c Gen8 | 10 | 4 491 900 ₽ |
| Процессор | Intel Xeon E5-2620 | 20 | — |
| Оперативная память | 8 Гб ECC Reg | 40 | — |
| Итого: | 5 306 275 ₽ |
Цены актуальны на 06.02.2017, источник – STSS
Аналоги – HP ProLiant DL360p Gen8:
| Наименование | Модель | Количество | Стоимость |
| Платформа | HP ProLiant DL360p Gen8 | 10 | 3 469 410 ₽ |
| Процессор | Intel Xeon E5-2620 | 20 | — |
| Блок питания | 460W | 20 | — |
| Оперативная память | 8 Гб ECC Reg | 40 | — |
| Итого | 3 469 410 ₽ |
Цены актуальны на 06.02.2017, источник – STSS
Разница почти в два миллиона рублей, при этом я не закладывал полную отказоустойчивость: дополнительный модуль управления и, в идеале, еще одно шасси. Плюс, лишаемся удобной сетевой коммутации из-за использования самых дешевых pass-thru модулей для простого вывода сетевых интерфейсов серверов наружу. VIrtual Connect был бы здесь более уместен, но цена…
Получается, что «в лоб» экономии не выйдет, поэтому перейдем к остальным плюсам и минусам блейдов.
Еще немного аргументов
К очевидным плюсам блейд-систем можно отнести:
Плотность установки. Если нужно много-много серверов в одном ДЦ, блейды похожи на спасение;
Аккуратная и компактная кабельная инфраструктура за счет гибкой внутренней коммутации блейдов;
Удобство управления – всей корзиной можно управлять из одной консоли и без установки дополнительного ПО;
Легкая установка новых лезвий, пока есть место в шасси – прямо как с дисками в корзинах с горячей заменой. В теории, можно сразу при установке лезвия загружать настроенную систему по PXE и распределять ресурсы в кластере;
Но как же без минусов:
Ограниченность лезвия. Если нужен сервер с четырьмя процессорами и большим количеством локальных жестких дисков (например, NMVE SSD), то установка столь крупного лезвия в четверть всей емкости шасси делает бессмысленным использование корзины высокой плотности;
Надежность. Несмотря на дублирование компонентов присутствует единая точка отказа – коммуникационная плата (бэкплейн) шасси. При сбое могут отказать все лезвия;
Невозможность разделения. Если нужно создать территориально распределенный кластер, нельзя просто вытащить и перевезти половину серверов – потребуется еще одно шасси;
Так что же выбрать
Блейды очень органично смотрятся в действительно крупных ЦОД, вроде хостинговых компаний. В таких сценариях на первое место выходит скорость масштабирования и максимальная плотность размещения оборудования – экономия на пространстве и администрировании вполне может окупить и корзину, и всякие Virtual Connect.
В остальных случаях более разумным и универсальным видится применение обычных стоечных серверов. Кроме того, широкое распространение быстрых систем виртуализации еще больше снизило популярность блейдов, так как большинство приложений можно «уплотнить» и с помощью виртуальных серверов. Что уж говорить, управлять виртуальными машинами еще удобнее, чем блейдами.
Если вам доводилось использовать блейд-системы в не самых крупных компаниях – поделитесь впечатлениями от администрирования.
Blade серверы: их история, основные преимущества, современные системы
Для чего служат Blade-серверы?
В настоящее время существует большой класс задач, требующих высокой концентрации вычислительных средств. К ним могут относиться как сложные ресурсоемкие вычисления (научные задачи, математическое моделирование, вычислительный поиск), так и обслуживание большого числа пользователей (распределенные базы данных, Интернет-сервисы и хостинг, серверы приложений).
Мощность вычислительного центра можно сделать больше, увеличив производительность отдельных вычислительных модулей или их количество. В настоящее время преобладает вторая тенденция, и усилия разработчиков направлены, прежде всего, на внедрение параллельных вычислений.
Это связано с тем, что поскольку сейчас производительность центрального процессора очень высока при относительно низкой стоимости, рациональнее использовать для решения большинства задач кластерные конфигурации, а не сложные многопроцессорные системы. В будущем, скорее всего, эта тенденция сохранится (надеяться на это позволяет появление многоядерных центральных процессоров, еще более сокращающих разрыв в вычислительной мощности между специализированными решениями и простыми серверами с двумя — четырьмя центральными процессорами).
Увеличение числа вычислительных модулей в вычислительном центре требует новых подходов к размещению серверов. Применение кластерных решений приводит к росту затрат на помещения для центров обработки данных, их охлаждение и обслуживание.
Фактически блейд система состоит из следующих компонентов
Вместо обычных PCI(PCI-E, PCI-X) плат в сервер вставляются мезонинные карты, которые позволяют использовать интерфейсы FC, Infiniband, SAS, или дополнительные порты Ethernet, при наличии в шасси соответствующего внешнего коммутационного модуля.
Тем не менее, по данным аналитиков, повышенная плотность лезвий сейчас отходит на второй план и их главным преимуществом для корпоративного сектора становится улучшение управляемости серверов с более высокой степенью автоматизации их обслуживания. Переход к серверной инфраструктуре, построенной из лезвий, позволяет реализовать интегрированное управление системы и отойти от прежней схемы работы Intel-серверов, когда каждому приложению выделялась отдельная машина. На практике это означает значительно более рациональное использование серверных ресурсов, уменьшение числа рутинных процедур (таких, как подключение кабелей), которые должен выполнять системный администратор, и экономию его рабочего времени.
Типичное 10U шасси для 10 Blade-серверов
Кроме того, Blade-серверы намного проще обслуживать, чем обычные стоечные серверы, — например, при выходе машины из строя системный администратор просто заменяет лезвие на новое и затем в дистанционном режиме инсталлирует на него ОС и прикладное ПО. В настоящее время разработчики пакетов для управления Blade-серверами реализуют в своих продуктах не только возможности автоматического развертывания на новых серверах ОС и приложений, но и функции быстрого обновления установленного ПО или инсталляции программных “заплаток”.
Blade-серверы являются крайне эффективным решением для экономии пространства в центрах обработки данных (ЦОД), а также с точки зрения их консолидации и перехода к централизованному управлению серверным парком. Например, системный администратор может управлять шасси с лезвиями как одним объектом и по мере роста нагрузок увеличивать его вычислительную мощность, добавляя новые лезвия. Кроме того, поскольку обычно в шасси предусмотрена возможность установки сетевых коммутаторов, эта опция позволяет провести и консолидацию сетевых ресурсов ЦОД.
Помимо уменьшения занимаемой площади в ЦОД, экономический эффект от перехода на лезвия имеет еще несколько составляющих. Поскольку в них входит меньше компонентов, чем в обычные стоечные серверы, и они часто используют низковольтные модели процессоров, то сокращаются требования к энергообеспечению и охлаждению машин. Как уже говорилось выше, экономится рабочее время администратора, который в результате успевает обслуживать больше объектов, и поэтому при росте серверного парка, предприятию не обязательно нанимать еще одного администратора. Наконец, хотя при переходе к архитектуре Blade-серверов вместе с самими лезвиями нужно приобретать и шасси, благодаря совместному использованию его компонентов дальнейшее масштабирование Blade-системы требует меньше затрат, чем системы из стоечных серверов, и шасси с пятью — десятью лезвиями обходится дешевле аналогичного числа обычных стоечных машин.
Преимущества использования Blade-серверов можно выразить следующим списком:
Разумеется «Blade» имеют и недостатки:
В целом, внедрение Blade-серверов приносит больше положительного эффекта, оно экономически выгодно. Однако, традиционно, введению новшества сопротивляется человек. Большинство компаний опасается приобретать Blade-системы, предпочитая проверенные временем стоечные или башенные серверы. Но с каждым годом объём продаж Blade-серверов растёт, появляется всё больше решений на их основе.
Корзина (серверное оборудование)
Блейд-сервер (также блэйд-сервер, от англ. blade — «лезвие») — компьютерный сервер с компонентами, вынесенными и обобщёнными в корзине для уменьшения занимаемого пространства. Корзина — шасси для блейд-серверов, предоставляющая им доступ к общим компонентам, например, блокам питания и сетевым контроллерам. Блейд-серверы называют также ультракомпактными серверами.
Содержание
Внутренняя структура
В блейд-сервере отсутствуют или вынесены наружу некоторые типичные компоненты, традиционно присутствующие в компьютере. Функции питания, охлаждения, сетевого подключения, подключения жёстких дисков, межсерверных соединений и управления могут быть возложены на внешние агрегаты. Вместе с ними набор серверов образует так называемую блейд-систему.
Обязательно должны быть размещены в блейд-сервере процессор и оперативная память, остальные компоненты принципиально могут быть вынесены в корзину; концепция блейд-сервера предусматривает замену части остальных компонентов внешними агрегатами (блоки питания) или их виртуализацию (порты ввода-вывода, консоли управления), тем самым значительно упрощая и облегчая сам сервер.
Внешние подключаемые блоки
Блейд-системы состоят из набора блейд-серверов и внешних компонентов, обеспечивающих невычислительные функции. Как правило, за пределы серверной материнской платы выносят компоненты, создающие много тепла, занимающие много места, а также повторяющиеся по функциям между серверами. Их ресурсы могут быть распределены между всем набором серверов. Деление на встроенные и внешние функции варьируется у разных производителей.
Источники питания
Преобразователь напряжения питания, как правило, создается общим для всей блейд-системы. Он может быть как вмонтирован внутрь неё, так и вынесен в отдельный блок. По сравнению с суммой отдельных блоков питания, необходимых серверам формата 1U, единый источник питания блейд-систем — один из самых весомых источников экономии пространства, энергопотребления и числа электронных компонентов.
Охлаждение
Традиционная конструкция серверов пытается сбалансировать плотность размещения электронных компонентов и возможность циркуляции охлаждающего воздуха между ними. В блейд-конструкциях количество выступающих и крупных частей сведено к улучшающему охлаждение модулей минимуму.
Сетевые подключения
Современные сетевые интерфейсы рассчитаны на чрезвычайно большие скорости передачи данных через токопроводящие и оптические кабели. Такая аппаратура дорога́ и занимает место в конструкции сервера. Частый случай — чрезмерная пропускная способность сетевых интерфейсов, чьи возможности оказываются не востребованы в практических задачах. Объединение сетевых интерфейсов в одно устройство или использование специальных блейд-слотов, занятых исключительно работой с сетью, позволяет сократить количество разъемов и снизить стоимость каждого из подключений.
Использование дисковых накопителей
Хотя для хранения объёмов данных и программ необходимы значительные ёмкости, им не обязательно размещаться локально. Такие интерфейсы, как FireWire, SATA, SCSI, DAS, Fibre Channel и iSCSI позволяют подсоединять накопители на значительном удалении от процессоров. По аналогии с сетевыми подключениями (а интерфейс iSCSI опирается только на них) соответствующие устройства могут быть размещены в корпусе блейд-системы или смонтированы на выделенных блейд-слотах.
Специальное решение в виде блейд-системы, загружаемой через сеть хранения данных (SAN), позволяет создать исключительно надежную и компактную серверную систему.
Специализированные блейд-слоты
Стандартизация интерфейса блейд-слота позволяет создавать устройства, способные не только производить вычисления, но и предоставлять другие сервисы, например, функции сетевого коммутатора, роутера, быстрого подключения к локальной сети или оптоволокну. Эти ресурсы могут использоваться другими блейд-слотами.
Области применения
В стандартных серверных стойках минимальный размер сервера — 1 юнит, как правило, такие стойки вмещают 42 юнита оборудования, то есть максимум 42 сервера при размещении без корзин. Использование блейд-серверов позволяет обойти это ограничение не выходя за размеры стандартной стойки и разместить до 100 серверов в каждой.
Блейд-серверы особенно эффективны для решения специфических задач: веб-хостинга, организации кластеров. Серверы в стойке, как правило, поддерживают горячую замену.
Хотя технология построения блейд-систем не является закрытой (принадлежащей какой-то одной компании), при использовании компонентов одного производителя возникает меньше проблем с инсталляцией и настройкой. Стандартизация сопряжений могла бы сделать технологию доступнее для пользователя и расширить выбор поставщиков.
При всех достоинствах, эту технологию нельзя считать решением всех серверных проблем. Крупные задачи требуют все же применения более масштабных систем для своего решения, таких как мейнфреймы и кластеры. Также могут быть использованы кластеры, состоящие из блейд-серверов. Такая структура особенно подвержена проблеме перегрева ввиду плотной компоновки электроники в каждом из них.
История создания
Микрокомпьютеры, умещавшиеся в 1 слот стандартной 19-дюймовой стойки, стали использовать ещё в 1970-е годы, вскоре после разработки 8-битных микропроцессоров. Наборы таких слотов использовали в управлении промышленными объектами, заменяя мини-компьютеры. Программы записывались в электрически программируемую память (EPROM) на слоте, их функциональность ограничивалась одной несложной операцией, выполняемой в реальном времени.
Название «блейд-сервер» стало применяться по отношению к системам с установленными жёсткими дисками или флеш-памятью. Благодаря этому появилась возможность исполнять на слоте полноценную операционную систему.
Технология заимствует некоторые черты мейнфреймов. Однако, корректнее рассматривать группу блейд-слотов как кластер независимых серверов, возможно и активное использование виртуализации ресурсов и тесной интеграции с операционной системой, что дополнительно увеличивает производительность и стабильность.
Первым производителем блейд-систем считается RLX Technologies (Хьюстон, США), основанная выходцами из компании Compaq. Компания была куплена Hewlett-Packard в 2005 году.
По состоянию на вторую половину 2000-х годов лидером в производстве блейд-систем являлась компания Hewlett-Packard, доля которой за 2008 год на международном рынке по выручке от продаж и количеству произведённых и поставленных единиц оборудования составила соответственно 54,0 % и 50,6 %, что вдвое больше доли компании № 2, IBM (23,9 % и 25,9 %). Другие крупные участники рынка: Dell (доли на мировом рынке 8,1 % и 9,5 % соответственно), Fujitsu Siemens Computers (3,5 % и 2,1 %), Sun (4,1 % и 4,0 %), Hitachi (1,0 % и 0,6 %) и NEC (1,6 % / 1,2 %).
Блейд-серверы производят с различным успехом и другие компании, например Appro, Intel, Rackable (SGI), Verari, Supermicro, однако они занимают на рынке блейд-серверов долю в несколько десятых процента или даже менее.