Современный бизнес должен предельно быстро откликаться на изменения рынка, поэтому он требует от ИТ-службы создания гибкой, простой в управлении и легко масштабируемой инфраструктуры. Классическими приемами эту задачу решить очень сложно, если вообще возможно, поэтому сегодня общей тенденцией становится отделение логики управления систем хранения и управления сетью от физического оборудования. Именно эту задачу и решают программно-определяемые системы хранения данных (SDS) и программно-определяемые сети (SDN). В настоящей статье мы проанализируем их востребованность у отечественного заказчика, представим общие тенденции и преимущества, обоснуем их экономичность и общую эффективность.
Предпосылки создания программно-определяемых ЦОД
Одной из главных проблем недавнего времени была та или иная привязка сервиса к выбранной аппаратной платформе на начальном этапе развертывания. Не новость, что со временем производители программного обеспечения меняют аппаратные требования к своим решениям, и легко можно было столкнуться с ситуацией, когда мощности серверов или системы хранения данных компании после перехода на очередной новый релиз, например базы данных, вдруг переставало хватать.
Второй проблемой являлась необходимость постоянной смены аппаратной платформы при расширении штата компании. Покупая, например, систему хранения данных для работы почтового сервиса на 100 человек, можно наверняка столкнуться с проблемой производительности, когда компания вырастает до 1000 сотрудников.
У каждой из описанных проблем, конечно же, были решения, которые не всегда оказывались экономически выгодными и допустимыми для бизнеса: можно пожертвовать производительностью одного сервиса ради другого, можно постоянно докупать новые системы хранения данных или сразу взять с запасом очень мощную и дорогую.
При этом ИТ-департаменты компаний различных размеров и раньше предъявляли высокие требования по надежности и доступности систем, но постепенно список обрастал такими, казалось бы, банальными требованиями, как:
- обеспечить высокую скорость развертывания новых сервисов по возможности на имеющемся оборудовании без участия администратора;
- обеспечить необходимую производительность и надежность сервисам, требования к которым с течением времени изменяются или имеют сезонный характер;
- обеспечить прогнозируемую масштабируемую архитектуру для большинства текущих сервисов;
- обеспечить автоматизацию и легкость управления сервисами.
Все это и привело к зарождению концепции программно-определяемых ЦОД (Software-Defined Data Center – SDDC).
Архитектура SDDC
В архитектуре SDDC можно выделить следующие логические уровни и компоненты.
- Уровень физической инфраструктуры. SDDC состоит из вычислительных ресурсов физического ЦОД, таких как серверы, сетевое оборудование и системы хранения данных.
- Уровень виртуализации. Вся инфраструктура SDDC основана на виртуализации ресурсов. Физические серверы, сетевое оборудование и системы хранения данных абстрагированы от исполняемых нагрузок, конфигурацию комплекса всегда можно легко изменить исходя из требований приложений или безопасности.
- Уровень управления. Концепция SDDC подразумевает максимальную автоматизацию типовых задач администратора. Не нужно монтировать отдельный сервер, «нарезать» LUN, настраивать сеть – достаточно просто создать виртуальную машину с необходимыми политиками. Помимо снятия нагрузки с ИТ-департамента минимизируются риски, которые вызваны случайными ошибками, связанными с человеческим фактором.
- Уровень мониторинга. Требования к производительности или надежности системы описываются благодаря предварительно настроенным политикам, и за их исполнением нужно следить. Вне зависимости от уровня автоматизации системы необходимо также прогнозировать потребность в новых вычислительных ресурсах.
Отдельные компоненты архитектуры SDDC не являются чем-то новым (рис. 1). С одной стороны, многие производители как программных, так и аппаратных решений давно предлагают на рынке решения, обеспечивающие прогнозируемый рост, автоматизацию управления, виртуализацию и т. д. С другой стороны, применение таких решений либо приводит к некоторому vendor lock (привязка к поставщику), либо заточено узко, только под одну задачу, например, автоматизацию при работе исключительно с сетевым оборудованием (рис. 2).
Примеры решений от лидеров рынка
В основе SDDC лежит виртуализация, поэтому производители гипервизоров одними из первых на рынке предложили свои решения, реализующие полный стек компонентов для построения SDDC (табл. 1).
Таблица 1
| VMware | Microsoft | RHEL | |
| Server Virtualization | vSphere | Hyper-V | RHEV |
| Cloud Management Platform | vRealize/vCloud | Azure Pack/ Stack | Openstack/CloudForms |
| Software-Defined Storage | vSAN | Storage Spaces | Ceph |
| Network Virtualization | NSX | HNV | Neutron OVS integration |
Основными трендами являются автоматизация развертывания и переконфигурирования сервисов, программно-определяемые системы хранения данных и сети.
Помимо своих стандартных решений по автоматизации развертывания виртуальных машин или конфигурации виртуальных сетей многие производители гипервизоров добавляют плагины интеграции со сторонними решениями по автоматизации настроек уже внутри виртуальных машин (рис. 3). Типичным примером могут являться такие средства, как Puppet, Chef, Ansible, с помощью которых можно на лету централизованно изменять конфигурацию того или иного сервиса, развернутого на множестве виртуальных машин, локальных или удаленных.
Основные тенденции – интеллектуальное программное обеспечение
Все это порождает другую концепцию – Infrastructure as Code (IAC) – возможность управления отдельными сервисами, виртуальными машинами или целым ЦОД посредством написания кода требуемой конфигурации.
Концепция IAC упрощает для ИТ-департамента процесс управления жизненным циклом сервисов применением тех же подходов, что и у разработчиков программного обеспечения. Все это повышает скорость запуска новых релизов, минимизирует риски человеческих ошибок, упрощает администрирование сервиса.
Преимущества и проблемы SDS и SDN
У трендов программно-определяемых систем хранения данных (SDS) и сетей (SDN) есть много общего, хотя их и рассматривают как отдельные направления. Идея подхода заключается в отделении логики управления систем хранения и управления сетью от физического оборудования. Все физическое оборудование является простым набором дисков и портов, а настоящая «магия» происходит уже за счет интеллектуального программного обеспечения. Все управление дисками и портами реализовано на базе создаваемых политик ИТ-департамента, которые в любой момент можно изменить без замены аппаратной платформы, на которой это все реализовано.
Общие преимущества программно-определяемых сетей и систем хранения:
- удобный инструмент централизованного конфигурирования мультивендорной среды;
- возможность быстрее получить новые функциональные возможности без смены аппаратной платформы, так как жизненный цикл программного обеспечения короче аппаратного;
- экономически выгодно изменить конфигурацию системы, если с течением времени изменились требования к сервису или нагрузка имеет сезонный характер, вместо покупки нового «железа» под отдельные задачи;
- прогнозируемый рост инфраструктуры без потери производительности – путем добавления типовых «блоков».
Переход на полностью программно-определяемые решения не всегда осуществляется прозрачно для компании, иногда ИТ-инфраструктура оказывается не готова к этому. Бизнес может столкнуться с ситуациями, когда в локальных серверах нет дисков для организации SDS или применяемые коммутаторы не умеют корректно работать с SDN.
Второй проблемой перехода является человеческий фактор. Многие технологии, которые себя хорошо зарекомендовали, были разработаны довольно давно и постепенно теряют свою актуальность и эффективность, но их продолжают использовать, поскольку опасаются опробовать иной подход. Например, та же технология RAID была разработана в 1987 г., когда объемы жестких дисков были небольшими. Сейчас, при объемах дисков в несколько десятков терабайт, время перестроения RAID-массива в случае сбоя одного из дисков может занимать несколько часов или даже дней. В период перестроения RAID-массива идет большая нагрузка на систему хранения и велик шанс выхода из строя еще одного диска, что может привести к потере данных. В SDS, как правило, не применяются RAID-массивы. Данные, записываемые на диск, разбиваются на небольшие блоки, которые дублируются между вычислительными узлами согласно настроенным политикам.
Такой подход для SDS обеспечивает множество преимуществ по сравнению с традиционными выделенными системами хранения данных:
- данные равномерно распределяются между вычислительными узлами, перераспределяя дисковую нагрузку;
- добавление новых вычислительных узлов в кластер позволяет не только увеличить дисковую емкость, но и нарастить «контроллеры» системы хранения, что обеспечивает почти линейный рост производительности;
- чем больше размер кластера, тем выше его сходимость – меньше риск потери данных, так как в перестроении копии «блоков» участвуют все вычислительные узлы со своим набором дисков;
- производительность дисковой подсистемы или ее надежность определяется политиками, которые в любой момент можно скорректировать, если изменились требования к приложениям;
- дублирование данных может осуществляться прозрачно в рамках одного сервера, стойки или даже между несколькими ЦОД;
- расширение функциональных возможностей упрощается за счет перехода на старшую редакцию или в процессе смены производителя программного обеспечения.
Переход к SDN позволяет расширить сетевые возможности существующего оборудования:
- переход на виртуальную коммутацию – абстрагирование от физических портов, работа с виртуальными портами виртуальных машин, виртуальными маршрутизаторами, IPSec и SSL VPN шлюзами;
- переход к виртуальным сетевым устройствам и отказ от специализированного физического оборудования, например выделенных шлюзов или межсетевых экранов;
- переход к виртуальным сервисам для облегчения анализа сетевого трафика, который может не выходить на физическое оборудование.
Перспективы концепции SDS
В настоящее время на рынке есть большое количество решений для организации SDS как от производителей гипервизоров в рамках концепции SDDC, так и от их партнеров: VMware, Microsoft, Nutanix, Datacore, Atlantis и др. Каждое решение по-своему уникально, но общая конкуренция вынуждает каждого производителя наделять свои решения востребованными функциональными возможностями, которые раньше были доступны только в специализированных аппаратных решениях от конкретных производителей:
- технологии дедупликации и компрессии на лету, обеспечивающие существенное снижение нагрузки на систему хранения или более рациональное использование SSD для размещения большего объема данных;
- технологии кэширования или многоуровневого хранения, которые позволяют добиться компромисса между ценой решения и производительностью;
- встроенные механизмы репликации в рамках локальной или удаленной площадки либо облака.
Дополнительно можно отметить, что в рамках развития концепции SDS многие производители начинают интегрировать в свои решения встроенные средства резервного копирования. Если раньше для хранения резервных копий приобреталась, как правило, дешевая внешняя система хранения данных, то теперь производители, например Cohesity, предлагают решения «2 в 1» (и система хранения данных виртуальных машин, и система хранения для резервных копий). Время восстановления из резервных копий в таком сценарии существенно сокращается, поскольку данные не нужно перемещать между хранилищами.
Преимущества SDDC для бизнеса
Концепция SDDC при всей своей сложности принятия некоторыми компаниями, безусловно, имеет хорошие перспективы на будущее, особенно в крупных сложных инсталляциях с динамической инфраструктурой, например в финансовом секторе или у облачных провайдеров.
В заключение агрегируем все явные преимущества SDDC (табл. 2).
Таблица 2 [4]
| Задача | Преимущества бизнеса |
| Повышение лояльности клиентов | · Конкурентное преимущество благодаря ускорению запуска новых продуктов
· Повышение производительности и ROI за счет изменения параметров для рабочих нагрузок |
| Соблюдение внутренних и внешних регламентов | · Повышение непрерывности бизнеса
· Возможность для бизнеса активно действовать и реагировать на изменения регуляторов |
| Повышение эффективности | · Уменьшение времени отклика приложений
· Снижение нагрузки на ИТ-департамент · Повышение эффективности утилизации ресурсов и сокращение затрат на обслуживание
|
Материалы
[1] VMware Validated Design for Software-Defined Data Center Architecture and Design
http://pubs.vmware.com/vmware-validated-design-41/topic/com.vmware.ICbase/PDF/vmware-validated-design-41-sddc-architecture-design.pdf
[2] VMware Software-Defined Data Center Capabilities and Outcomes
https://www.vmware.com/content/dam/digitalmarketing/vmware/en/pdf/techpaper/technical-whitepaper-sddc-capabilities-itoutcomes-white-paper.pdf
[3] Пример интеграции со сторонними решениями по автоматизации настроек
[4] Redbook IBM Software Defined Environment
http://www.redbooks.ibm.com/redbooks/pdfs/sg248238.pdf
