Модульні сервери в додатках високої доступності

Петер Дюміг

Завдяки надлишковим компонентів і заміни в «гарячому» режимі модульні сервери забезпечують високу доступність.

Модульні сервери особливо підходять для додатків високої доступності, тому що без припинення роботи в них можна встановлювати такі надлишкові компоненти, як блоки живлення або мережеві інтерфейси. У разі рекмаунт серверів подібне реалізувати не просто.

За останні десять років серверний ландшафт в обчислювальних центрах надзвичайно змінився: тепер випадковому набору комп'ютерів найрізноманітніших моделей компанії вважають за краще стандартизовані стійку сервери - не в останню чергу внаслідок привабливого співвідношення їх ціни і продуктивності.

Цікавою альтернативою придбання шести-восьми нових серверів в стояково виконанні можуть стати модульні сервери. Так, корпус висотою сім монтажних одиниць (1 монтажна одиниця, або 1U, = 4,445 см? або 1,75 дюйма) входить до десяти вертикально розміщених модульних серверів з двома процесорами Хеоп в кожному, а в 19-дюймовий шафа містяться шість шасі з 120 процесорами. Якщо б адміністратор став використовувати стійку сервери з двома процесорами, у такому ж шафі помістилося б лише 84 процесора (42 системи по одній монтажної одиниці).

Витрати на апаратне забезпечення виявляються нижчими на 20-25%, оскільки всі модульні сервери спільно користуються такими ресурсами, як електричний струм, блоки харчування, вентилятори, карти управління і мережеві комутатори. Якщо електропостачання блоків живлення і вентиляторів охолодження в серверах здійснюється окремо, то в модульних їх блоки живлення і вентилятори поміщаються в загальний корпус, до якого подається електричний струм. Тим самим скорочується енергоспоживання в розрахунку на один сервер, а також кількість необхідної кабельної проводки, але ж тільки на ній можна заощадити до 70%.

За порівнянні зі своїми стійку аналогами модульні сервери мають значно більшою продуктивністю в розрахунку на один монтажний шафа і забезпечують більш високу доступність завдяки надлишковим компонентів. Доступність підвищується і внаслідок того, що заміна найважливіших компонентів здійснюється без припинення роботи. У серверах таке можливо лише в обмеженому обсязі.

Вимога: ніяких точок загальносистемного відмови

Принцип конструктивної надмірності говорить: «Ніяких точок загальносистемного відмови!» Під цим мається на увазі відсутність будь-яких компонентів, несправність яких тягне за собою відмову всієї системи. Зокрема, дуже схильна до відмов система електропостачання. Для досягнення високої доступноcті модульного сервера рекомендується вже при визначенні конфігурації звернути увагу на наявність надлишкових блоків харчування.

За роботою всієї системи стежать спеціальні контролери віддаленого доступу, розміщені в шасі серверів. Вони виконують функції управління продуктивністю, протоколювання інформації про події та ведення інвентарної звітності. За допомогою такого адміністративного інструменту підприємства можуть визначити набір правил, які будуть використовуватися і в разі відмови блоку живлення. При наявності двох і ще двох (тобто всього чотирьох) блоків живлення пропонується тримати в резерві цілу пару: у цьому випадку доступність забезпечується навіть при відмові одного або двох блоків живлення.

Надмірність модулів вводу/виводу

В корпусах, куди вбудовуються модульні сервери, нерідко передбачається місце для чотирьох модулів вводу/виводу. Зазвичай дві використовуються для підключення Ethernet, а інші - для Fibre Channel або InfiniBand. З міркувань надмірності модулі введення/виводу в більшості випадків конфігуруються парами. Такі надлишкові маршрути передачі даних не вбудовуються в модульні сервери спочатку, адміністратор повинен задати їх при визначенні конфігурації (див. Малюнок 1). Надмірність маршрутів потрібно, скажімо, тоді, коли необхідна особливо висока доступність при читанні або запису даних на носії. Це справедливо на програми з великою кількістю транзакцій.

Кожен модульний сервер містить, як правило, два вбудованих роз'єму для підключення локальної мережі (адаптерів локальної мережі на системній платі - LAN on Motherboard, LOM), які за допомогою виділених сполук пов'язані з внутрішніми портами комутаторів або наскрізними (pass-through) модулями. Адаптери LOM часто забезпечують повнодуплексних канали зі швидкістю передачі 1 Гбіт/с.

Важливе відмінність між модульними серверами та серверами інших конструкцій полягає в те, що LOM і внутрішні порти вбудованого модуля введення/виводу (комутатора або наскрізного модуля) на модульному сервер жорстко зв'язані за допомогою сполучної плати (midplane). Внаслідок такого дизайну канал між LOM і вбудованим модулем введення/виводу завжди має статус connected ( «підключений») -- за винятком ситуації відмови модуля LOM або порту вводу/виводу. Те ж саме справедливо і у випадку, коли немає підключення по локальній мережі між зовнішнім портом для каскадування (uplink) і вбудованим комутатором. Але останнє, навпаки, означає, що зовнішня помилка, наприклад пошкодження кабелю, не призводить до появи повідомлення про помилку в сценарії конфігурації, коли використовується вбудований комутатор (див. Малюнок 2).

При наявності наскрізного модуля канал буде володіти статусом connected, тільки якщо є з'єднання між зовнішніми портами наскрізного модуля і комутатором поза шасі модульного сервера. Так вів би себе і окремо стоїть сервер. Повідомлення про помилку з'являється, коли в LOM, наскрізному порту або зовнішньому комутаторі відбувається відповідна подія.

Обійти це обмеження надмірності і, відповідно, доступності можна за допомогою адміністративних налаштувань мікропрограмного забезпечення комутатора. Коммутатор другого рівня агрегує трафік даних від гігабітних мережевих контролерів окремих модульних серверів і забезпечує шість висхідних сполук з інфраструктурою головної мережі. За допомогою спеціальної конфігураційної команди комутатор підтримує освіта груп в локальній мережі.

Надмірність в локальній мережі і в мережі зберігання даних

Ситуація складається інакше, якщо замість комутатора використовується наскрізної модуль Ethernet. Він являє собою опцію для користувачів, які не хотіли б відмовлятися від наявної інфраструктури локальної мережі. Наскрізний модуль - це пристрій, який направляє трафік даних безпосередньо від модульного сервера на зовнішній пристрій локальної мережі. Наскрізні модулі взаємно однозначно з'єднуються з портами модульного сервера. Це відповідає кабельному з'єднанню мережевої карти традиційного сервера висотою в одну монтажну одиницю із зовнішнім мережним пристроєм. Наскрізний модуль Ethernet підтримує до десяти висхідних каналів 1000ВаsеТ.

Наскрізний модуль Fibre Channel, як і наскрізної модуль Ethernet, забезпечує бездротове з'єднання з зовнішніми комутаторами Fibre Channel мережі зберігання даних. Опціональна додаткова картка Fibre Channel на основній платі модульного сервера бере на себе передачу даних з сполучної плати на наскрізний модуль Fibre Channel, далі на зовнішній комутатор Fibre Channel і, нарешті, в систему зберігання. Якщо комутатори Fibre Channel вже встановлені, користувач може продовжувати використовувати наявну інфраструктуру і, таким чином, помітно заощадить кошти. Наскрізний модуль Fibre Channel компанії Dell, приміром, по замовчуванням оснащений десятьма оптичними короткохвильовим трансіверами.

Для високопродуктивних обчислювальних кластерів (High Performance Computing Cluster, HPPC), яким потрібні максимальна пропускна здатність і невелика затримка, оптимальне рішення полягає в застосуванні наскрізного модуля InfiniBand компанії Topspin Communications, який пов'язаний з додатковою картою адаптера головної шини Topspin InfiniBand в окремих модульних серверах, а також із зовнішнім комутатором Topspin 120 або Topspin 270. При надлишкових з'єднаннях адаптера головної шини з зовнішніми комутаторами це високопродуктивне рішення забезпечує пропускну спроможність до 10 Гбіт / с (чотириразово).

Управління і висока доступність

Надлишкові технічні компоненти - блоки живлення, модулі введення/виводу і з'єднання локальної мережі - складають основу комплектації з метою забезпечення високої доступності. Ці фізичні елементи доповнюються заходами в області управління. Поряд з поставляються за замовчуванням інструментом віддаленого доступу завжди передбачається можливість установки другого контролера віддаленого доступу, який міг би підтримувати активно-пасивну надмірність.

Процедура виглядає таким чином: у той час як перший інструмент стежить за статусом всіх компонентів, другий чекає настання яких-небудь подій. Перемикання з активного модуля на пасивний відбувається лише у разі помилки. Тим самим всі основні компоненти модульного сервера представлені двічі, і вжито всіх оптимальні заходи для підтримки дуже високої доступності.

Петер Дюміг - менеджер з серверних продуктів компанії Dell.

Список літератури

Журнал мережевих рішень, лютий 2007