В традиционной унифицированной вычислительной архитектуре ресурсы серверов, систем хранения и сети – разделены. Они подключаются к объединительной панели (backplane), которая ограничивает доступную полосу пропускания для каждого ресурса.
Такая архитектура имеет смысл в случаях, если инфраструктура дата-центра разворачивается на оборудовании одного вендора, представляющего широкий спектр аппаратных решений. Преимуществом такого подхода является высокая безопасность. Однако, руководству корпоративных дата-центров в этом случает приходится держать в штате разных специалистов для каждого трех видов оборудования.
Такая раздельная архитектура обычно довольно дорога, и решением проблемы в такой ситуации является конвергентная архитектура.
Конвергентная инфраструктура
Конвергентная инфраструктура CI (Converged Infrastructure) предусматривает аппаратную конвергенцию различных видов систем хранения данных и процессов в них. В таких инфраструктурах тип нижележащей СХД абстрагирован от уровня операционных систем и приложений. Это уменьшает проблемы совместимости, упрощает развёртывание и снижает общую стоимость.
Рис. 1. Конвергентная инфраструктура CI
Конвергентная инфраструктура CI ускоряет и упрощает развёртывание ИТ-инфраструктуры дата-центра, сокращает число возможных ошибок. Она позволяет повысить коэффициент использования ресурсов и производительность ИТ-системы. Несомненным плюсом является наличие общего интерфейса управления, что снижает число итераций при настройке методом проб и ошибок. Кроме того, положительное влияние в плане поддержки имеет фактор «одного вендора».
Этот же фактор имеет и отрицательные стороны: а именно, «проприетарность» решений и вытекающая отсюда «вендорозависимость» в плане как оборудования, так и ПО для управления.
В целом, конвергентная инфраструктура имеет невысокую степень интеграции, поэтому каждый компонент (вычислительные узлы, хранилища и сетевые элементы) должны разворачиваться и управляться независимо, но всё-таки более интегрированным образом, нежели в традиционной раздельной инфраструктуре.
Гиперконвергентная инфраструктура
Во многих источниках можно наблюдать, что конвергентную и гиперконвергентную инфраструктуру HCI (Hyper Convergence Infrastructure) часто путают. Чем же они отличаются друг от друга?
На рис. 1 видно, что в этом случае конвергенция распространяется только на систему хранения, которая является распределённой и абстрагированной от приложений. То есть, распределением данных по узлам и уровням хранения (горячему, теплому и холодному) занимается виртуализированный контроллер CVM.
В гиперконвергентной инфраструктуре (рис. 2) конвергенция затрагивает все элементы инфраструктуры, которая выполняется в виде стандартных модулей, своего рода «строительных кубиков». При этом значительно упрощается и удешевляется масштабирование как вычислительной мощности дата-центра, так и ёмкости его системы хранения, так и полосы пропускания сети.
Вся инфраструктура дата-центра является software-defined (программно конфигурируемой). В обычной, конвергентной инфраструктуре это распространялось только на систему хранения.
Рис. 2. Переход от традиционной к гиперконвергенции системе. Наличие промежуточного звена трансформации в виде конвергентной инфраструктуры не обязательно и даже нежелательно
Гиперконвергентная инфраструктура строится на основе стандартного общедоступного оборудования, управление и конфигурация которого выполняется программно.
Управление такой инфраструктурой осуществляется унифицировано на основе веб-решений. Масштабирование производится добавлением стандартных модулей, которые распознаются системой управления автоматически и включаются в работу.
В HCI интегрированы различные сервисы, такие как резервирование, дедупликация данных, ускорение WAN, уровневое хранение (tiering) и многое другое.
К недостаткам можно отнести то, что решение изначально является моновендорным, что может вызвать сложности с интеграцией сторонних программных решений. Однако, это лишь проблемы стандартизации.
Конструктивно HCI может не отличаться от обычного стоечного или блейд-исполнения. Однако, каждый модуль внутри представляет содержит законченный элемент «сервер-СХД-сеть».
Интегрированная и дезагрегированная HCI
Дизайн оборудования для гиперконвергентной инфраструктуры бывает двух видов: интегрированная и дезагрегированная.
Интегрированная HCI (Integrated HCI). Это более традиционный подход, где устройство HCI содержит сбалансированный набор вычислительных ресурсов, включая процессор, память и хранилище данных. Каждое устройство представляет собой законченный узел, а масштабирование инфраструктуры сводится к простому добавлению таких устройств. Однако, количество ресурсов узла в HCI ограничено, а рабочая нагрузка не использует их равномерно. Например, когда в каком-то узле нагрузка на процессор приближается к верхнему порогу, то необходимо добавлять новый узел, даже если другие ресурсы в нём не будут полностью использованы, либо даже вообще не использованы. Поэтому применение интегрированной инфраструктуры HCI может быть чревато излишними затратами.
Дезагрегированная HCI (Disaggregated HCI). Это относительно более новый вид архитектуры HCI-систем. Идея в том, что различные компоненты ресурсов: процессоры, память и СХД не располагаются в одном модуле, а в различных модулях. Все эти ресурсы связаны между собой через сеть. Пока технически невозможно, например, отделить процессор от памяти (ОЗУ) для ещё большей дезагрегации, и для быстродействия также лучше выполнять их в едином модуле. Таким образом дезагрегируется в основном СХД. Многие вендоры сейчас предлагают решения дезагрегированной HCI, например, Datrium, NetApp и HPE.
Достоинства HCI
- Простота развёртывания. Большинство систем HCI могут быть развёрнуты прямо «из коробки» в течение одного рабочего дня.
- Простота управления. Операционные задачи выполняются на виртуальных машинах, а не в физической инфраструктуре. Производительность и защита данных представляют собой просто параметры или политики, которые предписываются той или иной виртуальной машине.
- Простое масштабирование. Рост инфраструктуры HCI делается простым добавлением модулей в системе. В большинстве инфраструктур HCI емкость СХД растёт с ростом числа серверов, и соответственно с с ростом числа виртуальных машин.
- Низкая стоимость входа. Большинство инфраструктур HCI требуют только три физических сервера чтобы начать развёртывание, то есть это существенно меньше, чем для обычной конвертированной инфраструктуры.
Недостатки HCI
- Ограниченность вариантов развёртывания. Многие серверы HCI не обладают большим числом карт расширения, поэтому, если для машинного обучения потребуются графические процессоры GPU, то их число может ограничено.
- Небольшая мощность серверов. Обычно в HCI используется двухсокетные серверы. В случае крупномасштабных развёртываний могут потребоваться более мощные серверы.
- Только виртуализация. СХД в HCI доступна только внутри платформы HCI. Если требуется, например, СХД общего пользования для нескольких физических серверов, то потребуется дополнительная СХД вне инфраструктуры HCI.
- Ограниченность масштабирования. Платформы HCI реплицируют СХД между серверами для достижения высокой доступности. Репликация может быть ограничена полосой пропускания между серверами, а может приводить к меньшей, чем ожидалось, производительности СХД между большими кластерами. Многие платформы HCI имеют наибольшие возможные размеры кластера, по размеру меньшие, чем максимальный размер, который поддерживает гипервизор.
- Циклы бюджетирования. HCI, обычно решение довольно экономичное, и позволяет приобретать новые узлы по мере роста рабочей нагрузки, а не покупать большие партии оборудования раз в три года, чтобы «закрыть» будущие потребности роста ёмкости. Однако, тем не менее, многие организации имеют цикл бюджетирования ИТ-инфраструктуры раз в год. В таких случаях, все равно большое количество оборудования, в т.ч. и серверы, приходится покупать «на вырост».
