Объявленная в сентябре 2001 года компанией Egenera компьютерная система BladeFrame, не похожая ни на что, представляет собой пул из 96 процессоров со свободным сетевым соединением. Определенную идейную общность этой архитектуры можно найти с широко известной технологией NUMA и менее популярной SAN (в смысле System Area Network). Принципиальное же отличие состоит в том, что в BladeFrame «атомами» служат двух- или четырехпроцессорные ультратонкие бездисковые серверы, а не процессоры, «кводы» или компьютеры.

«Родила царица в ночь

Не то сына, не то дочь;

Не мышонка, не лягушку,

А неведому зверюшку».

А.С. Пушкин.

Сказка о царе Салтане

Хитом сезона-2001 были ультратонкие серверы толщиной 1U и 2U (1U = 1,75 дюйма), но особое внимание на компьютерных выставках привлекали «серверные лезвия» (server blade). Эти «простолюдины» (слово blade можно перевести и так) стремительно ворвались в серверную элиту, выйдя за отводившиеся для них рамки. Поначалу, монтируемые в стойку серверы, ориентировали на использование в качестве строительных блоков для многоуровневых архитектур крупных центров обработки данных, где наиболее критичными параметрами являются занимаемая площадь и потребляемая энергия. Подчиненность этой ограниченной функции вызвала к жизни название «серверные приставки». Представление о них, как о чем-то второстепенном, так укрепилось, что даже серьезные специалисты по корпоративным системам отводили ультратонким серверам область применения, ограниченную передним краем, считая, что серьезные приложения могут работать только на привычных полноразмерных корпоративных серверах. Неоднократные попытки обсудить потенциал лезвий на «бэк-энде», рассмотреть их как альтернативу традиционным монолитным корпоративным серверам не встречали понимания.

И вдруг прорвало. (Возможно, на общественное мнение повлияло появление системы BladeFrame.) К аналитикам пришло осознание того факта, что в 2002 году ультратонкие серверы выйдут и в корпоративное пространство, что этот год станет стартовым моментом для формирования нового архитектурного направления, которое совместит в себе глубинное вертикальное масштабирование, свойственное симметричной многопроцессорности (SMP — symmetrical multiprocessing), с поверхностным, или горизонтальным. Таким образом, в нем будет реализован потенциал как для функционального единства, так и для количественного разрастания. Столь гармоничного сочетания качеств недостает традиционным серверам; при всем том, что в них есть и динамическое разбиение на разделы, и возможность модернизации на уровне процессоров, они остаются дорогими в эксплуатации, поскольку требуют крупных начальных инвестиций и имеют короткий жизненный цикл. Виртуализация серверов отчасти решает эти проблемы — но только отчасти.

Разумеется, никаких резких движений в обозримом будущем не произойдет: сфера корпоративных систем весьма консервативна и инерционна. Согласно прогнозам GartnerGroup, еще как минимум лет десять сохранятся две независимые ветви развития серверов. Для одной — условно назовем ее традиционной — присущи такие пройденные и перспективные этапы развития, как масштабируемые и параллельные кластеры, вертикальное деление SMP-конфигураций на разделы, динамическое управление ресурсами, целевое управление ресурсами. Стабильность положения этой остающейся главной ветви обеспечивается симпатиями разработчиков приложений, которые отдают предпочтение операционным системам Windows 2000, Sun Solaris, IBM AIX и HP-UX. Другая, более молодая ветвь, растет по направлению от серверных приставок к серверным и «лезвийным» фермам. Возможно, когда-то обе ветви дадут некий гибрид, но это случится не скоро.

Схематично разнообразные системы на базе лезвий можно описать так. В одну стойку упаковываются десятки или даже сотни материнских плат, включающих процессор, оперативную память, сетевые интерфейсы и служебные схемы. Эти модули обращаются к общей дисковой памяти, имеют общие системы энергоснабжения и охлаждения. Лезвия и построенные на них системы разрабатываются или уже производятся многими компаниями, среди которых Amphus, Centauri NetSystems, Compaq, Dell, Egenera, Hewlett-Packard, IBM, OmniCluster, Racemi, RealScale Technologies, RLX Technologies и Sun Microsystems, и круг этот постоянно расширяется. Предложения находятся на разных этапах готовности, по традиции пока лидирует несколько фирм-новичков, которые со временем либо выйдут в разряд больших, либо, что вероятнее, будут куплены крупными корпорациями.

Системы, создаваемые на основе лезвий, можно попытаться классифицировать по приложениям.

Web-хостинг. Это, пожалуй, самое популярное приложение. Типичный представитель этого сегмента, компания RLX Technologies работает «на провайдеров», поэтому в ее решениях доминирует стремление максимизировать количество аппаратуры, умещаемое в одной стойке. В системе RLX System 324 может быть установлено 336 независимых Web-серверов! Как утверждается, по всем показателям, даже по такому экзотическому, как число «Web-страниц на квадратный фут», она в разы превосходит системы на тонких серверах.

Встраиваемые приложения. Эта категория наиболее ярко представлена компанией RealScale Technologies, расположенной в Софии Антиполис, пригороде Ниццы, ставшем настоящей французской Кремниевой долиной. В RealScale одними из первых стали предлагать встраиваемые лезвия для телекоммуникационных серверов, а ее новый продукт i-Cluster, работающий под управлением ОС Red Hat Linux, как следует из названия, предназначен для создания кластерных конфигураций. Одна из наиболее интересных возможностей, которую предоставляет i-Cluster, — создание систем для высокопроизводительных вычислительных кластеров по типу Beowulf. От ранее известных систем такого типа кластер на основе i-Cluster отличается тем, что строится не из готовых рабочих станций, а из отдельных материнских плат, и не путем полукустарного соединения, а в промышленной стойке. RealScale одной из первых взяла на вооружение процессор Transmeta Crusoe.

Корпоративные системы. В этом, еще только зарождающемся сегменте, особый интерес представляет то, что делает компания Egenera. Ее продукты со временем смогут составить конкуренцию классическим серверам. Системы BladeFrame, как представляется, наиболее близки по своей внутренней организации к тому гибриду, который аналитики рисуют как сервер будущего.

Обращение Enegra к серверам для корпоративных систем закономерно. Компания образована Верном Броунелом, который пришел к идее собственного производства серверов, накопив богатый и разнообразный опыт. Броунел начинал еще в корпорации Digital Equipment, где занимался большими компьютерами (scale computer) и пионерскими разработками в области маршрутизации. Затем работал в компании Stratus Computer, где был связан с локальными сетями и сетевыми протоколами. Уйдя из производящих компаний, он попал в компанию эксплуатирующую. Одиннадцать лет Броунел отработал в качестве технического руководителя в одном из ведущих финансовых институтов Уолл-Стрита, компании Goldman&Sachs. В результате у него сложился редкий сплав опыта, позволяющий посмотреть на проблему и глазами производителя, и глазами пользователя. Он постарался воплотить свои знания в жизнь.

В отличие от коллег по «лезвийному» бизнесу в своих продуктах Egenera не гонится за рекордными показателями. В стойке BladeFrame может быть смонтировано до 24 двух- или четырехпроцессорных лезвий, т.е. максимум 96 процессоров. Для их объединения в единую вычислительную систему разработано оригинальное техническое решение, получившее название PAN (processing area network), в состав которого входят интегрированные коммутаторы, контроллеры и шины для объединения в кластеры. Разработанный в компании PAN Manager позволяет управлять системой из одной точки. Броунел видит в сетях PAN естественное развитие концепции сетей хранения. SAN и PAN, собранные в одной стойке, могут образовать готовую инфраструктуру предприятия или провайдеров различных информационных услуг, в том числе, услуг независимого хранения данных. В некотором смысле этот подход напоминает то, что сейчас делают в Compaq в области сетей хранения, собирая SAN в один конструктив. Неоспоримое достоинство PAN заключается еще и в том, что решается кабельная проблема: исчезают состоящие из пучков проводов «спагетти», опутывающие стойки. Систему BladeFrame можно представить и как сервер, и как сеть, и как систему хранения, собранную в одной стойке.

Система BladeFrame строится из трех типов серверов лезвий.

  • Процессорные лезвия (ProcessingBlade или pBlade) выполнены в формате 1U. Они содержат только процессоры Intel Xeon и оперативную память, в них нет дисков, следовательно, в отличие от обычных тонких серверов, они не имеют собственного состояния. Поэтому они полностью взаимозаменяемы в процессе эксплуатации. Более того, их можно заместить новыми при появлении более производительных процессоров без всяких изменений в работе приложений.
  • Коммутирующие лезвия (Switch Blade или sBlade) выполнены в формате 2U. Они соединяют серверы pBlade с основной панелью BladeFrame, называемой BladePlane, интерфейсом, близким по типу InfiniBand. Четырехпроцессорные SMP-серверы sBlade, имеющие полное резервирование, управляют внешним и внутренним сетевым трафиком.
  • Управляющие лезвия (Control Blade или cBlade). На модулях cBlade, также имеющих полное резервирование, размещается программное обеспечение Egenera PAN Manager. Здесь же находятся порты 10/100 Base-T Ethernet, Gigabit Ethernet и Fibre Channel и порт ПК, выполняющий функции операторской консоли. cBlade обеспечивает интерфейс с внешней памятью NAS или SAN.

Модули трех типов объединяются в систему посредством последовательных шин BladePlane. Их тоже две, основная и резервная. К BladePlane подключаются модули sBlade. Совместно они образуют надежный системный коммутатор (внутреннюю сеть TCP/IP), который можно назвать виртуальным в силу того, что его конфигурация может изменяться. Скорость коммутации составляет примерно 200 Мбайт/с. Поскольку изначально проект задумывался как система высокого готовности, в ней дублированы все составляющие (в том числе, коммутация, питание, охлаждение), нет единственной точки выхода из строя, нет даже системных часов, а каждый из модулей имеет свои собственные часы.

BladeFrame работает под управлением операционной системы Linux. Компания Red Hat сертифицировала BladeFrame на совместимость; все приложения, работающие в среде Red Hat Linux, без изменений работают и на этой системе.

PAN Manager определяет внешний облик системы. Он служит средством для образования виртуальных серверов из пула лезвий и, связывая с созданными виртуальными серверами необходимые дисковые и сетевые ресурсы, может образовывать динамические кластеры из виртуальных серверов. При этом PAN Manager не замещает обычные средства управления загрузкой, а служит промежуточным слоем между BladeFrame и инструментами категории PRM (process resource manager) других производителей. В ноябре прошлого года корпорация IBM сертифицировала PAN Manager для работы под управлением Tivoli Enterprise Console.

Для обеспечения высокой готовности можно пользоваться кластерными файловыми системами, сертифицированными Red Hat. В перспективе будет реализована поддержка Veritas Cluster System.

В состав PAN Manager включены прикладные агенты, обеспечивающие совместимость с серверами приложений Oracle, Sybase, IBM Websphere, BEA Weblogic, Apache и Zeus.

От традиционных серверов BladeFrame отличается большей гибкостью в образовании виртуальных серверов. Средствами PAN Manager администратор может динамически распределять ресурсы, создавая требуемое количество виртуальных серверов, менять их конфигурацию, перераспределять приложения между серверами. Но следует отличать такой способ фрагментации от разбиения на разделы в крупных SMP-серверах, например, в Sun Fire 15 K или IBM z/900, где группа процессоров работает под управлением одной операционной системы. Серверы в BladeFrame не сливаются в один SMP-образ; каждый из них работает под управлением собственной операционной системы, а виртуальный сервер, по сути, является виртуальным кластером. В терминологии Egenera такие объединения называют Logical Processing Area Network (LPAN). Думаю, LPAN удобно представить как надежный контейнер, содержащий среду виртуального компьютера.

В настоящее время в BladeFrame могут использоваться процессоры Pentium III Xeon; гарантирована поддержка Intel Xeon MP к тому моменту, когда этот процессор будет доступен. В будущем Egenera планирует поддерживать все процессоры Intel, том числе семейство процессоров Itanium. Кроме того, может быть обеспечено сочетание процессоров разных типов в одной системе BladeFrame при условии идентичности процессоров в одном виртуальном сервере. В перспективе будут расширяться функции и PAN Manager.

BladeFrame в минимальной в комплектации (6 двухпроцессорных серверов, 12 Гбайт оперативной памяти) с ОС Red Hat Linux стоит 250 тыс. долл. Проводившееся в банке Credit Suisse First Boston бета-тестирование системы дало основание утверждать, что для приложений, где требуются сотни серверов, решение на основе BladeFrame позволяет эффективно управлять стоимостью без снижения уровня надежности и готовности. По мнению специалистов банка, экономия на одной стойке может составить от 0,5 млн. долл. до 1 млн. долл. по сравнению с традиционными полноразмерными серверами. Простота установки системы, которая уже включает в себя сетевую структуру и сеть накопителей, дала сотрудникам First Boston основание назвать ее «кластером из консервной банки».

Новорожденной «зверушке» еще только полгода. Интересно будет посмотреть, что из нее вырастет.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями