Гиперконвергентные платформы: от экзотики к мейнстриму

Всем привет! Так случилось, что моя статья – первая в блоге на Хабре. Очень рад этой возможности, осознаю ответственность и надеюсь, что материалы нашего блога будут для вас интересны.

Итак, к делу. Гиперконвергентные системы становятся сегодня одним из основных решений в области построения ИТ-инфраструктуры корпоративного уровня. В этой статье я кратко расскажу о том, что из себя представляют такие системы и в каких случаях при развертывании ИТ-инфраструктуры они могут быть полезны. Также я поделюсь результатами сравнения технических возможностей ряда гиперконвергентных платформ, которые мы изучили при планировании развития ИТ-инфраструктуры облака OnCloud.ru компании «Онланта».

ИТ-инфраструктура — основа деятельности самых разных организаций и бизнес-структур. Но ее создание и обслуживание – это дорогостоящая штука, серьезно съедающая ресурсы ИТ-службы.

Экономически эффективным решением развертывания ИТ-инфраструктуры являются модульные гиперконвергентные системы, для которых характерны:

• легкость масштабирования,
• единый программный интерфейс управления.

По определению Forrester Research, гиперконвергенция — это подход к созданию ИТ-инфраструктуры, которая объединяет в одном модульном решении серверы, системы хранения, сетевые функции и программное обеспечение, отвечающее за создание пула ИТ-ресурсов, быстрое и простое их реконфигурирование, не требующее специальной подготовки. Такие системы позволяют упростить и ускорить ввод в эксплуатацию ИТ-ресурсов, снизить затраты на управление и общую стоимость владения ИТ-инфраструктурой, в том числе за счет глубокой автоматизации и самообслуживания.

Сферы применения и сценарии использования

По прогнозу Gartner, рынок HCI (Hyper-Converged Infrastructure) будет ежегодно увеличиваться на 68% и в 2019 году достигнет 5 миллиардов долларов. Схожие ожидания и у аналитиков IDC.

Источник: IDC Hyperconverged Systems 2015-2019 Forecast, February, 2016

По данным IDC, в 2015 году на гиперконвергентные системы приходилось 10,9% рынка конвергентных систем, а в 2016 году объем их продаж в мире составит почти 2 миллиарда долларов и более чем удвоится к 2019 году.

Гиперконвергентные системы иногда рассматриваются как решение для малых и средних предприятий, однако большинство вендоров HCI считает их целевым сегментом ЦОД и действительно гиперконвергентные системы подходят для этого.

• Они решают проблемы роста производительности, сложности, масштабирования ИТ-инфраструктуры.
• Позволяют снизить стоимость ИТ-инфраструктуры по мере расширения бизнеса.
• Сокращается число управляемых систем.
• Упрощается масштабирование.
• Растёт производительность за счет применения флэш-накопителей.
• Происходит оптимизация программной и аппаратной платформы для совместной работы.

Наконец, они изначально создавались в расчете на поддержку виртуальных сред, что открывает путь к построению программно-конфигурируемых ЦОД (SDDC) с развитыми средствами управления и автоматизации.

Источник: IDC’s Converged Systems Survey, December 2015

Таблица 1. Типичные сценарии использования HCI

Основные архитектурные решения

Гиперконвергентные системы обычно состоят из нескольких модулей, объединяемых в горизонтально-масштабируемый кластер, содержащий, как правило, от 4 до 64 узлов. Каждый из них включает вычислительное ядро, ресурсы хранения, сетевые компоненты и обычно гипервизор.

Отличительная черта гиперконвергентных систем – наличие предустановленного ПО для решения задач распределения ресурсов и управления масштабированием. Но надо иметь в виду, что масштабирование на уровне входящих в узлы HCI отдельных элементов (процессоров, памяти, дисков) может быть сопряжено с определенными издержками. Например, вам нужно нарастить дисковую емкость, а процессоры и память не нужны. Однако все равно придется добавить узел, в который входят все элементы. Трудностей при добавлении не возникнет, но процессоры и память задействованы «прямо сейчас» не будут, поэтому данное локальное решение экономически не самое эффективное. Тем не менее, при дальнейшем развитии инфраструктуры память и процессоры «пойдут в дело» и будут использованы в виртуальных машинах.

Рисунок 1.

На рисунке 1 изображена гиперконвергентная инфраструктура

• Вычислительные, сетевые ресурсы и ресурсы хранения виртуализированы с помощью ПО.
• Применяются стандартные серверные узлы х86.
• Горизонтальное масштабирование системы осуществляется добавлением узлов.
• Используются технические усовершенствования стандартной архитектуры при преимуществах «экономики х86».
• Прямое подключение флэш-массивов позволяет добиться максимальной производительности.
• Унификация упрощает выделение ресурсов и управление.

В какой-то степени гиперконвергентные системы – возврат на новом уровне к парадигме DAS (Direct-Attached Storage) с прямым подключением подсистемы хранения к серверу x86. Однако это не приводит к образованию изолированных сред хранения. Каждому узлу доступны ресурсы хранения на других узлах благодаря использованию программно-конфигурируемой памяти (Software-Defined Storage, SDS), позволяющей объединить в общий пул требуемые ресурсы хранения и предоставить их кластеру. При этом автоматизация упрощает управление.

Программное обеспечение для HCI может предлагаться отдельно или в предустановленном виде. Это два принципиально разных архитектурных подхода. Сторонники первого предлагают пользователям самостоятельно строить нужную инфраструктуру, не ограничивая себя в выборе серверного оборудования, хотя возможны и коробочные решения. В этом случае можно выбирать аппаратное обеспечение, в отличие от готовых устройств с предустановленным ПО, однако чаще всего заказчики покупают его уже предустановленным на серверы (appliance), чем и занимаются OEM-партнеры разработчиков или интеграторы. Основную часть предлагаемых на рынке гиперконвергентных решений составляют полностью готовые системы HCI.

Еще один подход состоит в использовании референсной архитектуры для построения HCI под ту или иную задачу. Такую опцию предлагают, в частности, разработчики платформы EVO:RAIL.

В системе от Green IT Glob также используется внешняя СХД, подключаемая к серверам MicroBlade по InfiniBand. Система позволяет использовать различные процессоры, включая и недорогие версии Intel Xeon. Применение большего числа лезвий меньшей мощности имеет свои плюсы: в случае выхода из строя такого узла потребуется перезапускать меньше виртуальных машин на соседних узлах.

Другое интересное решение – Huawei FusionCube, построенное на базе шасси E9000 и предоставляющее возможность выбора лезвий – вычислительных узлов и узлов хранения полной или половинной длины с SSD, SAS HDD или SATA HDD. Решение HCI от Huawei на базе обычных стоечных серверов применяется, в частности, в ЦОД, построенном Huawei для компании «Акадо».

Система Hyperscale от Ericsson предназначена для телекомкомпаний, весьма требовательных к показателям надежности оборудования. Она развернута, например, в AT&T, где обеспечивает отказоустойчивость в «пять девяток». Однако это решение несколько тяжеловесно по применяемому ПО, в частности, здесь имеется весь комплект из OpenStack, а также дополнения от Ericsson. Для реализации SDS используется стороннее решение, а в качестве управляющего оркестратора — еще один продукт Ericsson. Такой разношерстный программный стек может вызвать некоторые проблемы в эксплуатации.

Есть еще одно архитектурное различие. В ряде случаев вместо SDS применяется традиционная система хранения данных. Так сделано, например, в NetApp FlexPod. Отметим, что данная система относится к конвергентным, а не гиперконвергентным решениям, но ввиду того, что грань между такими решениями очень тонкая, оно также участвовало в сравнении (таблица 2). При расширении емкости системы хранения в этом решении не потребуется приобретать лишние вычислительные ресурсы, но его общая стоимость выше, чем у систем с SDS. Покупка узла с системой хранения и процессорами может обойтись дешевле, чем новая полка СХД аналогичной емкости. Плюс в данном случае мы лишаемся возможности быстрого и лёгкого внедрения системы и её расширения из-за необходимости конфигурирования отдельных компонентов системы.

Остальные решения в таблице 2 отличает менее гибкая архитектура. Их закрытость сказывается на количестве объективной информации в свободном доступе. Привязанность некоторых решений к конкретному аппаратному обеспечению также влияет и на его стоимость. К сожалению, в открытом доступе отсутствует информация об опыте построения крупных систем на данных решениях. Обычно инсталляции ограничиваются 4 узлами. Если у вас есть информация по построению более крупных решений, мы с удовольствием вас выслушаем.

Примеры продуктов

На современном рынке немало игроков предлагает гиперконвергентные решения. Вот сравнительный анализ основных.

Таблица 2. Сравнение гиперконвергентных решений основных игроков

*1 — Также продукт известен, как Dell XC

Конечно, список гиперконвергентных решений не ограничивается приведенными в таблице 2. В числе других известных разработок:

• продукты для корпоративного рынка и ЦОД: Cisco HyperFlex, Gridstore HyperConverged Appliance, HPE HC250 / HC380 и HPE ProLiant DL380, Lenovo Converged HX Series, Pivot3 HyperConverged Infrastructure, Oracle SuperCluster M7, Scale Computing HC Series,
• разработки, которые могут найти применение в малом и среднем бизнесе: Atlantis HyperScale CX-4, Lenovo HX2000 + Nutanix Xpress, Nutanix Acropolis, ZeroStack Cloud Platform,
• целый ряд решений – результат кооперации вендоров со стартапами Nutanix и SimpliVity, предлагающих программный вариант HCI.

Аналитики Forrester выделяют 12 ведущих вендоров HCI, но половина из них в России не представлена.

Целевые задачи

Большинство предложений HCI нацелены на решение широкого круга задач:

• развертывание частных облаков и VDI (это основное приложение),
• аналитических приложений, систем OLTP,
• поддержки критичных для бизнеса приложений,
• консолидации серверов и модернизации ЦОД.

Фактически, их можно применять для любых виртуализируемых приложений. Например, системы VxRail разработаны и оптимизированы для сред VMware и используют ПО VMware vSphere и VMware VSAN. В числе их целевых задач:

• нагрузки, активно работающие с ресурсами хранения данных: такие, как аналитика больших данных и Microsoft Exchange;
• нагрузки с высокими требованиями к графике, САПР, научные приложения и пакеты разработки;
• среды удаленных офисов и филиалов.

Однако для каждой из них предлагаются специальные конфигурации. Так для графики это платформы VxRail с серверами PowerEdge R730 и графическими ускорителям (GPU) от NVIDIA и AMD, для филиалов — трехузловая конфигурация начального уровня с упрощенным управлением при развертывании на нескольких удаленных площадках.

Между тем, такие приложения, как ERP и CRM, могут потребовать оптимизации для работы в распределенной среде. Для более узкого класса нагрузок вендоры также предлагают референсные архитектуры или специализированные линейки решений.

Сегодня гиперконвергентные системы – одно из быстро развивающихся решений в области построения ИТ-инфраструктуры корпоративного уровня. Рынок гиперконвергентных систем продолжает демонстрировать рост числа игроков, продажи растут двузначными темпами, расширяется целевая аудитория и области применения. Многие компании заинтересованы в получении преимуществ облачной модели в своей корпоративной инфраструктуре, и системы HCI дают такую возможность, обеспечивая при этом высокую производительность приложений.

Надеюсь, что предоставленные в статье данные будут вам полезны. Буду признателен за комментарии, и, если есть возможность, поделитесь, пожалуйста, вашим опытом работы с гиперконвергентными решениями. В следующем материале я расскажу о наших экспериментах с Software Define Storage.