Rambler's Top100
 
Статьи ИКС № 2-3 2009
Владимир ШЕЛЬГОВ  10 марта 2009

Серверы становятся быстрее и экономичнее

Прогресс в производстве многоядерных процессоров и совершенствование средств виртуализации серверов – основные направления развития серверной индустрии. Новые модели процессоров, улучшенные дисковые подсистемы серверов, решения, ориентированные на виртуализацию, послужат созданию экономичной ИТ-инфраструктуры предприятия

Рост быстродействия серверов и внедрение средств их виртуализации позволяют предприятиям сокращать число физических серверов, используемых для решения своих задач. Налицо экономия дефицитного стоечного пространства в центрах обработки данных и значительное снижение энергопотребления. Так, по оценкам специалистов корпорации Intel, в 2004 г. для построения вычислительной системы производительностью 5,1 млн бизнес-операций в секунду (измеряется в тесте SPECjbb2005) нужно было задействовать 126 серверов в восьми монтажных стойках с общим энергопотреблением 41 кВт, а в 2008 г. тот же уровень производительности обеспечивали 17 серверов в одной монтажной стойке с общим энергопотреблением 6 кВт.

Процессоры: даешь больше ядер!

Быстродействие серверов напрямую зависит от производительности процессоров. На сегодняшний день основным способом повышения производительности процессоров является увеличение числа их ядер и одновременно исполняемых потоков команд. В сентябре прошлого года Intel выпустила на рынок четырех- и шестиядерные (!) серверные процессоры Xeon серии 7400 (кодовое название Dunnington) с микроархитектурой Intel Core, производимые по 45-нм технологии и работающие на тактовой частоте до 2,66 ГГц (ранее выпускались только двух- и четырехъядерные процессоры Xeon). В процессорах этой серии каждая пара ядер имеет свою кэш-память второго уровня объемом 3 Мбайт; кроме того, в них реализована разделяемая (общая для всех ядер) кэш-память третьего уровня объемом до 16 Мбайт.

Четырехъядерный несерверный процессор Core i7 (ориентирован на использование в быстродействующих настольных системах) – первый представитель нового семейства процессоров с перспективной микроархитектурой Nehalem, разработчики которой отказались от поддержки параллельной системной шины (FSB), существенно ограничивающей масштабируемость серверов. Предполагается, что в дальнейшем эта микроархитектура получит применение не только в десктопных, но и в серверных процессорах Intel. Характерная ее особенность – наличие интегрированных в процессор контроллеров оперативной памяти (ОЗУ) и портов QPI (QuickPath Interconnect). Высокоскоростные (до 16 Гбайт/с в одну сторону) каналы QPI (типа «точка–точка») используются для соединения процессоров между собой и с концентраторами ввода-вывода (см. рисунок). С подобными соединениями на базе технологии HyperTransport уже давно работают процессоры конкурирующей компании AMD.

Микроархитектура Nehalem значительно повышает пропускную способность вычислительной системы. Сравним выпущенную в 2007 г. платформу рабочих станций Stoakley (чипсет Intel 5400) с перспективной платформой Tylersburg-EP. Последняя превосходит Stoakley по максимальной скорости передачи данных между процессором и чипсетом примерно в 2 раза, по пропускной способности ОЗУ почти в 2,5 раза, а по максимальной емкости ОЗУ примерно в 1,5 раза.

С каналами QPI работает и новый четырехъядерный процессор Tukwila корпорации Intel, который вскоре пополнит ее семейство процессоров Itanium. Они предназначены для использования в высококлассных серверах, работающих с огромными базами данных и выполняющих ресурсоемкие бизнес-приложения (BI, CRM, ERP и др.). По оценкам специалистов компании, новый продукт будет функционировать примерно в два раза быстрее ныне выпускаемого двухъядерного процессора Itanium 9100. Для аппаратной поддержки виртуализации в процессорах Xeon и Itanium реализуется технология Intel VT.

В ноябре прошлого года AMD объявила о начале широкомасштабных поставок нового четырехъядерного процессора Opteron (Shanghai), производимого по  45-нм технологии. По сравнению с ранее выпущенным процессором Opteron (Barcelona) новинка работает на 35% быстрее, а электроэнергии в состоянии простоя потребляет на те же 35% меньше. Анонсированный процессор поддерживает более высокие тактовые частоты (2,3–2,7 ГГц) и оснащен кэш-памятью третьего уровня большей емкости – 8 Мбайт. Компания позиционирует его как оптимальную платформу для виртуализации, поскольку в этом процессоре использована усовершенствованная технология AMD-Virtualization с функцией Rapid Virtualization Indexing. Во II квартале текущего года AMD предполагает реализовать в своих процессорах поддержку технологии HyperTransport 3.0, обеспечивающей скорость передачи данных между процессорами до 17,6 Гбайт/с.

Внутренние дисковые подсистемы:  емкость и скорость

В настоящее время серверы комплектуются жесткими дисками с интерфейсами Serial ATA (SATA) и Serial-Attached SCSI (SAS) – усовершенствованными последовательными версиями параллельных интерфейсов ATA и SCSI. Некогда широко распространенные диски и контроллеры SCSI теперь можно встретить только в устаревших моделях серверов. По прогнозам аналитиков компании Gartner, к 2010 г. диски SCSI практически исчезнут с рынка. Соединение дисков c контроллером с помощью последовательных каналов позволяет повысить скорость обмена данными с этими накопителями. Кроме того, по сравнению с толстыми кабелями SCSI более тонкие последовательные каналы значительно меньше препятствуют прохождению воздуха внутри корпуса сервера, гарантируя более эффективное охлаждение его компонентов.

В технологиях SATA и SAS предусмотрен почти идентичный физический уровень (кабели и разъемы), благодаря чему SAS-контроллеры совместимы не только с дисками SAS, но и с дисками SATA (однако контроллеры SATA не поддерживают диски SAS). Широко представленные сегодня на рынке устройства SAS и SATA передают и принимают данные на скоростях до 3 Гбит/с. При одинаковой пропускной способности интерфейсов у этих дисков немало различий. Так, диски SAS обладают более высокой производительностью (за счет повышенной скорости вращения шпинделя и поддержки дуплексного режима передачи данных) и надежностью работы, зато у дисков SATA больше максимальная емкость (до 1 Тбайт) и ниже цена в расчете на 1 Гбайт емкости. Диски SAS предназначены для работы с транзакционными приложениями с большой интенсивностью поступления запросов на чтение и запись данных, а диски SATA лучше задействовать для резервирования информации. Изюминкой технологии SAS, которую вполне можно назвать сетевой, является возможность реализовывать (с помощью расширителей) быстродействующие и хорошо масштабируемые инфраструктуры хранения данных, в которых могут быть тысячи дисков.

Дальнейшее развитие дисковой памяти серверов связано с внедрением в них 6-Гбит/с устройств SATA и SAS. Осенью прошлого года ассоциация SCSI Trade Association (STA) объявила о готовности 6-Гбит/с технологии SAS для использования на предприятиях. Новая технология описана в спецификации SAS-2, разработанной техническим комитетом T10 в составе организации International Committee for Information and Technology Standards. Помимо удвоения скорости передачи данных (с 3 до 6 Гбит/с) в спецификации SAS-2 предусмотрены возможность подключения двух 3-Гбит/с устройств SAS к одному 6-Гбит/с порту (за счет мультиплексирования их трафика), деление инфраструктуры SAS на зоны (zoning), использование самоконфигурирующихся расширителей и др.

Зона – это своего рода виртуальная локальная сеть, в рамках которой определенные ресурсы памяти выделяются конкретному контроллеру в хосте. Самоконфигурирующийся расширитель обнаруживает подключенные к нему устройства и строит собственную маршрутную таблицу.

В ноябре STA впервые провела испытания 6-Гбит/с SAS-продуктов разных производителей на взаимную совместимость. Что же касается 6-Гбит/с интерфейса SATA, то он будет описан в спецификации SATA Revision 3.0, разрабатываемой международной организацией Serial ATA International Organization.

Благодаря развитию производства 2,5-дюймовых дисков SAS существенно возросла емкость дисковых подсистем компактных серверов, предназначенных для установки в монтажную стойку. Сервер высотой 1U теперь может «нести на борту» до восьми таких дисков, а сервер 2U – до 16. Возникает вопрос: зачем иметь так много дисков в одном небольшом сервере, если в случае нехватки дисковой памяти его можно подсо-единить к внешнему дисковому массиву или к сети хранения данных? Как говорят производители серверов, немалому числу заказчиков требуются серверы с высокоемкой и быстродействующей внутренней дисковой подсистемой, поддерживающей технологию RAID. Нередко их ИТ-задачи проще и дешевле решать с помощью именно таких серверов, поскольку не нужно устанавливать, конфигурировать и подключать внешний дисковый массив.

Блейд-серверы: курс на виртуализацию

Один из самых перспективных сегментов серверного рынка – блейд-серверы. Среди продуктов этой категории можно выделить новую модель ProLiant BL495c G5 компании Hewlett-Packard, специально разработанную для организации виртуализированных сред. ProLiant BL495c G5 поддерживает до двух четырехъядерных процессоров AMD Opteron серии 2300, ОЗУ объемом до 128 Гбайт (виртуальным машинам нужно много оперативной памяти) и твердотельные накопители с небольшим энергопотреблением. В шасси HP BladeSystem c7000 можно установить до 16 блейд-серверов ProLiant BL495c G5.

Особенностью этого устройства является наличие в нем двух 10-Гбит/с сетевых интерфейсов Flex-10, каждый из которых можно сконфигурировать в виде четырех физических адаптеров FlexNIC (со своими MAC-адресами). Пропускная способность каждого FlexNIC регулируется от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с с шагом 100 Мбит/с, но, разумеется, суммарная скорость передачи четырех адаптеров (в рамках одного интерфейса Flex-10) не может превышать 10 Гбит/с.

Если восьми сетевых соединений недостаточно для эффективной эксплуатации виртуальных машин, запущенных на блейд-сервере ProLiant BL495c G5, его можно оборудовать двумя мезонинными модулями расширения с двумя интерфейсами Flex-10 на каждом. Таким образом, он может иметь до 24 высокоскоростных сетевых соединений. Это позволяет каждой виртуальной машине выделить свое сетевое соединение с определенной пропускной способностью, что повышает стабильность работы виртуальной машины. Адаптеры FlexNIC передают трафик во внешние сети через установленные в вышеупомянутое шасси, аппаратные модули HP Virtual Connect Flex-10 10Gb Ethernet Module с 10-Гбит/с uplink-портами. Один такой модуль поддерживает до 64 сетевых соединений.

Благодаря уникальной функциональности Flex-10 и виртуализации ввода-вывода при перемещении виртуальной машины с одного блейд-сервера на другой, она сохраняет свой MAC-адрес и получает сетевое соединение с аналогичной пропускной способностью (т.е. ее сетевое соединение как бы следует за ней). Кроме того, в новом блейд-сервере имеется внутренний USB-порт, куда можно устанавливать флэш-накопители с ПО гипервизора.

Для организации виртуализированных сред оптимизированы и новые блейд-серверы компании Dell – PowerEdge M805 и PowerEdge M905. Первый поддерживает до двух четырехъядерных процессоров AMD Opteron серии 2000 и ОЗУ объемом до 128 Гбайт, второй – до четырех процессоров AMD Opteron серии 8000 и до 192 Гбайт ОЗУ. В остальном же они схожи. Так, каждая из моделей имеет по четыре интегрированных порта Gigabit Ethernet и по четыре слота для установки дополнительных сетевых плат разных видов. К обеим моделям можно подключить по два 2,5-дюймовых диска SAS и флэш-карту формата SD с ПО гипервизора. В шасси Dell PowerEdge M1000e помещается до восьми новых блейд-серверов каждой модели.

Стоит также отметить, что фирма Fujitsu Siemens Computers для своих блейд-решений на базе шасси Primergy BX600 S3 реализовала виртуализацию ввода-вывода (посредством управляющего ПО ServerView Virtual-I/O Manager и стыковочных модулей Gigabit Ethernet и Fibre Channel) и основные принципы архитектуры FlexFrame Infrastructure, предусматривающие создание сети обработки данных (Processing Area Network – PAN). Ранее по этим принципам функционировали только блейд-системы BladeFrame, которые Fujitsu Siemens Computers поставляет по OEM-соглашению с компанией Egenera. В шасси BX600, оснащенное двумя управляющими модулями cBlade и двумя коммутирующими модулями sBlade, можно установить до восьми вычислительных модулей pBlade. На модулях cBlade функционирует ПО ServerView PAN Manager, отвечающее за виртуализацию серверов, выделение им системных ресурсов и управление всем этим решением. При создании виртуального сервера pServer ему выделяется модуль pBlade, которому назначаются определенные устройства хранения данных и сетевые ресурсы. На pServer загружаются ОС и приложения. В случае отказа модуля pBlade работавшие на нем ОС и приложения автоматически перезапускаются на аналогичном свободном модуле.

  


Многоядерные процессоры и технологии виртуализации помогают строить высоконадежные и хорошо масштабируемые по производительности ИТ-системы с эффективным использованием аппаратных ресурсов серверов. В нынешних кризисных условиях, когда сокращаются ИТ-бюджеты предприятий, актуальность этих технологий заметно возрастает.
Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!