Термин «программно-конфигурируемый ЦОД» (Software-Defined Data Center, SDDC) возник относительно недавно — утверждается, что его ввел в своем блоге весной 2012 года Стив Херрод, в то время технический директор компании VMware. Сегодня в ИТ-кругах все шире распространяются варианты аббревиатур SD*: программно-конфигурируемые сети (Software-Defined Networking, SDN), программно-конфигурируемые системы хранения (Software-Defined Storage, SDS) и т. п. О программно-конфигурируемых вычислительных ресурсах говорить нет нужды — даже без специального термина эта концепция фактически уже давно реализована с помощью технологий виртуализации серверов.

Все названные SD* — базовые блоки концепции SDDC, которой аналитики Enterprise Management Associates прочат большое близкое будущее. По их оценкам, в 2013 году способы построения SDDC привлекали к себе самое пристальное внимание ИТ-индустрии и ее заказчиков, а в 2014-м SDDC станет одной из доминирующих тенденций развития корпоративных ИТ. Однако создание настоящего программно-конфигурируемого ЦОД не сводится к простой сумме базовых SD-технологий в серверах, системах хранения и сетевой инфраструктуре — необходим принципиально новый подход, смена парадигмы в построении корпоративной инфраструктуры, когда во главу угла ставятся не технологические возможности ее компонентов, а задачи бизнес-приложений, выполняемых на базе этой инфраструктуры.

Ключевым для новой концепции является слово «программа», несущее двойную смысловую нагрузку. С одной стороны, SDDC — это центр обработки данных, все компоненты которого (серверы, сеть, системы хранения) находятся под единым, централизованным контролем со стороны независимого от аппаратной платформы программного обеспечения управления и виртуализации. С другой — функционирование самого этого управляющего ПО будет определяться задачами программ (приложений), с которыми работают бизнес-пользователи. SDDC призван обеспечить оптимальные ресурсы для бизнес-приложений: конфигурацию развертывания (в локальной инфраструктуре, облаке или гибридной среде), вычислительные мощности, емкость хранения, топологию и производительность сети. Выбор этих параметров будет определяться заданными для конкретных приложений политиками, требования которых транслируются в API управляющего слоя SDDC, чтобы затем реализоваться с помощью инструментов автоматизации и оркестровки ресурсов ЦОД.

Таким образом, SDDC — это ЦОД с дополнительным логическим уровнем программного управления, посредством которого бизнес-приложения фактически получат возможность создавать среду «под себя», получая именно те технологические ресурсы, которые необходимы для удовлетворения предъявляемых этими приложениями требований к производительности, доступности, безопасности. Эти требования, в свою очередь, определяются конкретными задачами и процессами бизнеса.

SDDC обещает стать той идеальной моделью корпоративных ИТ, к которой индустрия движется последние 10–15 лет. Вспомним, например, идеи «коммунальных вычислений» utility computing и ИТ-инфраструктуры по требованию (on demand), которые развивали в IBM, или адаптивной инфраструктуры от НР. Их основная направленность состояла в том, чтобы сместить акценты в работе ИТ — сделать главным в ИТ-инфраструктуре не ее компоненты, а их способность решать конкретные бизнес-задачи и гибкость, соответствующую темпам изменений этих задач и приводящую к снижению операционных затрат на ИТ. Впрочем, несмотря на оптимистичные прогнозы на 2014 год, аналитики признают, что программно-конфигурируемые ЦОД — это стратегическое направление для ИТ-служб, которое потребует очень больших усилий по решению технологических, организационных и культурных задач. Если же ограничить проблематику SDDC вопросами технологий, то, учитывая зрелость сферы серверной виртуализации, на ближайшую перспективу наиболее актуальными будут процессы в трех ключевых областях: SDN, SDS и решения для верхнего уровня управления SDDC.

SDN

Виртуализация ресурсов — необходимое условие создания гибкой инфраструктуры, управляемой программными средствами в интересах высокоуровневых приложений. Но если технологию виртуализации серверов можно считать вполне сложившимся сегментом ИТ-рынка, то два других базовых компонента ЦОД — сети и системы хранения — находятся пока в начале пути к зрелости. Отсутствие инструментов представления сетевой среды и ресурсов хранения в виде пулов ресурсов, динамически перераспределяемых в соответствии с потребностями приложений, — серьезное препятствие для формирования полноценных SDDC, поэтому важные изменения будут происходить именно здесь.

Последние два года рынок SDN активно формируется [1], но и аналитики, и производители подчеркивают, что о рынке как таковом пока говорить не приходится в силу отсутствия стандартного представления о том, что такое программно-конфигурируемые сети, какие ключевые технологии их составляют, какие основные требования к ним предъявляются. Наиболее распространенный подход состоит в разделении функций собственно передачи пакетов данных и функций управления сетевыми потоками и переносе последних с уровня маршрутизаторов на уровень централизованного сетевого управления. Этот подход реализуется с помощью протокола OpenFlow, обеспечивающего взаимодействие между центральным программным контроллером и сетевыми коммутаторами. OpenFlow — открытый проект, развиваемый рабочей группой организации Open Networking Foundation (ONF), которая ставит своей целью разработку стандартов для продвижения технологий SDN. Поддержку OpenFlow сегодня предлагают большинство производителей сетевого оборудования, включая Brocade, Cisco, Dell, HP и Juniper.

Другой распространенный подход к SDN — оверлей (overlay): создание логического программного сетевого слоя поверх физической сетевой инфраструктуры, которая, в свою очередь, может быть построена на принципах первого подхода SDN c использованием управляющего контроллера. Примерами таких решений могут служить Alcatel Nuage и Midokura Midonet. Обе архитектуры SDN подразумевают наличие API, позволяющих реализовать управление виртуализованной сетевой средой со стороны инструментов автоматизации и оркестровки ЦОД.

Свои решения в области SDN сегодня предлагают как гранды ИТ-рынка вроде HP и IBM, так и нишевые компании и стартапы, такие как Big Switch Networks, Lyatiss, Xsi go Systems (куплена Oracle), Cumulus Networks, Pica8. Пионером в этой области была компания Nicira, основанная создателями OpenFlow и купленная VMware. В результате последняя к лидерству в области серверной виртуализации добавила амбиции на поле SDN, что в совокупности позволило VMware первой заговорить о технологиях программно-конфигурируемого ЦОД [2]. Сегодня компания предлагает комплексное решение сетевой виртуализации VMware NSX, которое интегрирует наработки Nicira и при этом реализует принципы сетевого оверлея.

Свое слово в области SDN сказала и компания Cisco, поддерживающая OpenFlow в своих коммутаторах семейства Nexus и делающая основную ставку на представленное в конце 2013 года собственное комплексное решение Application Centric Infrastructure (ACI), которое включает в себя управляющий программно-аппаратный контроллер Application Policy Infrastructure Controller (APIC), коммутаторы Nexus 9000 и расширенную версию операционной системы NX-OS. На первый взгляд, идея ACI близка подходу к SDN на базе OpenFlow, но в том, как организовано взаимодействие контроллера APIC с сетевой средой, есть много принципиальных отличий от взаимодействия программных контроллеров с коммутаторами по протоколу OpenFlow. Кроме того, вся инфраструктура ACI построена на проприетарных технологиях Cisco. Общим является наличие интерфейсов API для интеграции контроллера APIC с внешними средствами управления ЦОД — эта возможность становится основополагающей для комплексных решений в области SDN, претендующих на будущую трансформацию в составные части SDDC.

SDS

Концепция программно-конфигурируемого хранения подразумевает реализацию инструментов управления хранением, позволяющих системным администраторам и разработчикам обеспечивать необходимые приложению ресурсы хранения на основе заданных политик и в режиме самообслуживания. Аналогично SDN, SDS обеспечивает абстрагирование пула емкостей хранения от физической инфраструктуры хранения и управление этим пулом программными средствами. Ключевая задача SDS — радикально снизить число выполняемых вручную задач по конфигурированию инфраструктуры хранения для предоставления приложению ресурсов хранения необходимой емкости и производительности.

Иногда можно также встретить термин «гипервизор хранения» (storage hypervisor) — программное обеспечение, с помощью которого, в идеале, можно по единым правилам управлять гетерогенной средой хранения любого масштаба, объединяющей как локальные, так и облачные ресурсы. В такой трактовке SDS делает значительный шаг вперед по сравнению с сетями хранения (SAN), которые тоже декларировали возможность унифицированного представления пула ресурсов хранения для серверов. Но этот пул имел множество ограничений: поддержка только блочного принципа хранения, низкий уровень гетерогенности, слабая масштабируемость. «Гипервизор хранения», по идее, должен позволять включать в среду хранения систему любого типа от любого производителя. В его задачи будут входить выделение необходимых приложению емкостей хранения с нужной производительностью и на оптимальном носителе, а также предоставление независимых от аппаратной реализации функций высокопроизводительного копирования и резервирования, дедупликации, кэширования, обеспечения высокой доступности систем хранения в географически распределенной среде и т. д.

Характеристика рынка как зарождающегося применима к SDS в еще большой степени, чем к SDN, хотя о своих предложениях в этой области уже заявили ведущие производители систем хранения (HP, EMC, IBM), а также заметное внимание привлекают новые имена — Virsto (куплена VMware), Nexenta, Nutanix, NexGen Storage, PistonCloud, DataCore.

В сфере SDS был сделан за последнее время ряд интересных анонсов. Компания VMware наряду с SDN-стеком NSX анонсировала Virtual SAN (VSAN) — интегрированное в гипервизор ESXi программное решение для управления системами хранения в виртуализованной среде на базе VMware vSphere. VSAN призвано обеспечить предоставление виртуальным машинам ресурсов хранения на базе политик и, по замыслу VMware, является ключевым компонентом программно-конфигурируемого ЦОД под управлением ОС vSphere.

Корпорация IBM, которая уже имеет в своем арсенале программно-аппаратное решение System Storage SAN Volume Controller для управления гетерогенной средой хранения, весной 2014 года представила программное решение под кодовым названием Elastic Storage. Его идея — в виртуализации глобально распределенных ресурсов файлового хранения неограниченных масштабов для приложений, связанных с интенсивной обработкой данных. Система способна поддерживать разные типы рабочих нагрузок — как высокопроизводительную обработку транзакций, так и аналитику Больших Данных — и работает с облачным управляющим ПО OpenStack, благодаря чему может быть использована в качестве компонента SDDC, объединяющего локальные и облачные инфраструктуры.

Центр управления

Программно-конфигурируемые компоненты SDDC — серверы, системы хранения и сеть — необходимые, но еще недостаточные составные части. Полноценная реализация концепции SDDC невозможна без специального программного слоя, посредством которого потребности приложений, заданные на уровне бизнес-логики, транслировались бы на уровень управления инфраструктурой. Нужны специальные решения, позволяющие, с одной стороны, формулировать для менеджеров приложений и разработчиков требования приложений к элементам инфраструктуры, а с другой — преобразовывать эти требования в набор инструкций для программных средств автоматизации и оркестровки процессов ЦОД, которые обеспечат выделение, конфигурацию и управление необходимыми приложению ресурсами.

Понятие SDDC возникло в облачную эпоху и, конечно, подразумевает включение в инфраструктуру приложений облачных ресурсов, поэтому централизованное программное управление ЦОД нового типа должно иметь возможность включать в орбиту доступных приложению ресурсов частные и публичные облака. В этом плане большое значение приобретают открытые облачные IaaS-платформы, такие как OpenStack, позволяющие работать с гибридными инфраструктурами, состоящими из решений разных поставщиков.

Программные средства централизованного управления — наименее зрелый компонент SDDC, и для его развития предстоит сделать еще очень много. Аналитики EMA в качестве ключевой функциональности управляющего слоя SDDC называют решения для централизованного руководства (governance), динамического распределения нагрузки, автоматизации и оркестровки процессов ЦОД.

Средства централизованного руководства должны давать возможность описывать необходимые приложениям параметры производительности, безопасности, соответствия регуляторным нормам, которые затем будут транслированы в конкретные требования к инфраструктуре. По данным EMA, на рынке пока имеются лишь точечные решения, неспособные охватить такими требованиями распределенные, разнородные инфраструктуры. Исключением является, например, компания ServiceMesh, разработка которой Agile Platform обеспечивает программный уровень руководства для гетерогенных облачных сред.

Не меньшей проблемой остается динамическое распределение нагрузки в разнородных средах. Для SDDC нужны системы для анализа задействованных и доступных вычислительных мощностей и емкостей памяти с точки зрения выполнения заданных политик и параметров соглашений об уровне обслуживания (SLA), принятию решений о переносе нагрузки или добавлении ресурсов в проактивном режиме. В качестве примеров решений, реализующих такие функции, аналитики EMA приводят системы VMTurbo и CiRBA, которые имеют механизмы перемещения виртуальных машин на основе данных о производительности приложения и его критичности для бизнеса.

Наконец, решения по автоматизации и оркестровке призваны связать в единые процессы операции по управлению компонентами инфраструктуры ЦОД опять же на основе требований приложений, сформулированных на уровне централизованного руководства. В этой области давно работают большинство поставщиков средств управления ИТ, но по-прежнему остается много вопросов к реальному объединению инструментов автоматизации отдельных инфраструктурных доменов в сквозные процессы управления ЦОД. В EMA отмечают разработки нескольких нишевых компаний, ближе всех подошедших к решению этой проблемы, — например, UC4 (унифицированная магистраль автоматизации и оркестровки для ЦОД и публичного облака) и Convirture (единое управление виртуализованными средами и облачными платформами ряда поставщиков).

***

По данным аналитиков EMA, ключевые характеристик решений класса SD* — это: централизованное управление серверами, сетевой инфраструктурой и системами хранения; стандартизированное конфигурирование прикладных сред на основе лучших практик; оркестровка и автоматизация, объединяющие различные технологические домены, для упрощения развертывания приложений. Именно на достижение этих характеристик, способствующих созданию баланса программ как средства управления ИТ-конфигурациями и средства передачи запросов бизнеса, направлены сегодня инвестиции в области ИТ. Поэтому естественно, что большинство компаний рынка SD* активно разрабатывают инструменты для доступа и управления инфраструктурой, позволяющие ИТ безопасно и максимально точно удовлетворять требования бизнеса.

Литература

  1. Наталья Дубова. SDN на старте // Открытые системы. СУБД. — 2012. — № 9. — С. 30–32. URL:http://www.osp.ru/os/2012/09/13032499 (дата обращения 18.08.2014).
  2. Сергей Лукьянов. Программируемый ЦОД // Открытые системы. СУБД. — 2012. — № 9. — С. 33–35. URL:http://www.osp.ru/os/2012/09/13032503 (дата обращения 18.08.2014).

Наталья Дубова (osmag@osp.ru) — научный редактор, «Открытые системы. СУБД» (Москва).

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF