Гиперконвергенция: что это такое и как это работает

Упрощает ли гиперконвергентная инфраструктура управление ЦОДом? Или это лишь средство, с помощью которого некоторые производители корпоративного оборудования хотят восстановить свои позиции? Ответы на эти вопросы постарался дать портал ZDNet.

Главная цель гиперконвергентной инфраструктуры (hyperconverged infrastructure, HCI) — упростить управление ЦОДом, превращая его в транспортную систему для ПО и транзакций вместо сети процессоров с привязанными к ней устройствами хранения и кэширования памяти. Гиперконвергенция достигается следующим образом:

• приложения и серверы, на которых они размещены, управляются совместно посредством единой платформы, для которой главное — исправность и доступность приложений;
• вычислительная мощность, хранение, ОЗУ и сетевые функции собраны вместе и управляются индивидуально как коммунальное хозяйство. Рабочие нагрузки рассматриваются как клиенты, чьи потребности должны быть удовлетворены, даже если для этого необходимо будет вывести оборудование из эксплуатации;
• для каждой нагрузки создается виртуальная машина того же класса. Обычно виртуальные машины создаются с помощью гипервизоров, таких как VMware ESX и ESXi, Xen, KVM, Microsoft Hyper-V. Платформы HCI рассматривают их в качестве равноценных компонентов ПО, хотя и требующих особого обращения.

Сервисы против серверов

Когда-то главной задачей ИТ-подразделений было поддержание работоспособности оборудования. Со временем на первое место вышло обеспечение доступности и исправности ПО и сервисов.

Хотя идея HCI всегда заключалась в кардинальном упрощении управления нагрузками в корпоративных ЦОДах, это не снимает необходимость интеграции. Традиционные задачи и новые, решаемые без виртуальных машин с помощью контейнеров, должны выполняться параллельно с задачами HCI.

Позиционирование на рынке

Основные производители HCI выпускают специализированное оборудование и патентованные сервисы. Архитекторы открытых платформ ЦОДов, таких как OpenStack, рассматривают это как возврат к замкнутым архитектурам и предлагают свои гибридные облачные архитектуры в качестве эффективных альтернатив.

Многие организации задаются вопросом, следует ли переходить на архитектуру, название которой предполагает всеохватность, тогда как в реальности она будет использоваться лишь для части задач и должна интегрироваться с другой инфраструктурой? Иными словами: обещали, что будет «все включено», а на деле предлагают нечто эксклюзивное.

Где в действительности происходит конвергенция?

HCI позволяет создавать и масштабировать системы, используя серверы в качестве строительных блоков и включая их ресурсы в соответствующие пулы — вычислений, хранения и т. д.

«Весь смысл конвергенции заключается в том, чтобы инфраструктура не делилась на компоненты, и в том, чтобы сделать ее гораздо более простой в использовании и гибкой, дабы вы могли сосредоточиться на том, что действительно повышает стоимость бизнеса, — сказал директор по маркетингу продуктов компании-производителя HCI-компонентов Nutanix Кришнан Бадринараянан. — В самом простом случае гиперконвергенция добавляет стоимость на физическом уровне, на котором она объединяет устройства для хранения, вычислений и сетевых функций, благодаря чему вы можете создавать невероятно масштабируемые инфраструктурные платформы, на которые будете опираться при росте ваших приложений и требований вашего бизнеса».

Более широкая идея так называемого программно-определяемого ЦОДа (software-defined data center, SDDC) предусматривает мгновенную адаптацию конфигурации систем к нагрузкам. Гиперконвергенция — это не SDDC. Она характеризует определенные стратегии реализации SDDC, включающие использование в ЦОДе продуктов массового спроса. Цель HCI — консолидация управления ЦОДом в рамках новой модели, которая заменит наиболее широко используемые сегодня инструменты DCIM (Data Center Infrastructure Management).

«Цель заключается в том, чтобы конвергировать все ресурсы, необходимые для запуска приложений, и конвергировать все знания, — сказал вице-президент Nutanix по маркетингу продуктов Грег Смит. — Теперь вам не нужен специалист по хранению, не нужен специалист по сетям, не нужен специалист по виртуализации. В конечном итоге вы получаете полный набор, эквивалентный облачному. В сущности, вы получаете одну инфраструктуру — полный набор, с помощью которого вы можете быстро начать предоставлять доступ к вашим приложениям».

Он отметил, что сравнительная простота, с которой предоставляются нагрузки в публичных облаках на платформах IaaS, таких как AWS Elastic Compute Service, показала предприятиям, что их ИТ-подразделения больше не нуждаются в армии специалистов, обладающих уникальными, относящимися к какой-то одной области знаниями. Это присуще всем реализациям HCI: они стремятся воспроизвести в ЦОДах клиентов, на их собственном оборудовании, простоту управления нагрузками в публичном облаке.

«Это то, что обещает обеспечить HCI, — сказал Смит. — Я думаю, все, что говорится о хранении и виртуализации, заслоняет тот более важный факт, что гиперконвергенция обеспечивает полный комплект инфраструктуры, благодаря чему компании могут быстро предоставлять доступ к приложениям без необходимости методично проектировать, создавать и обслуживать собственную инфраструктуру».

Модель Nutanix, именуемая Acropolis (по названию ее гипервизора Acropolis), основывается на введении класса устройств, именуемых узлами, выполняющих функции, которые обычно возлагаются на серверы. Хотя в идеале узел должен состоять из множества различных устройств, в своей «Библии Nutanix» компания признается, что ее модель изначально объединяет лишь два главных, отвечающих за вычисления и хранение. Устройства HCI других производителей (например, Cisco HyperFlex) могут включать также сетевые функции.

Инкорпорировать или заменять?

Одним из пунктов принципиальных расхождений между производителями HCI является вопрос: должна ли подлинно конвергентная инфраструктура инкорпорировать имеющийся в ЦОДе массив хранения или полностью заменять его? Nutanix высказывается в пользу более либерального похода — за создание распределенной системы хранения DSF (distributed storage fabric). На каждом узле HCI одна из виртуальных машин служит контроллером, который управляет хранением. Совокупность контроллеров управляет виртуальным пулом хранения, включающим имеющиеся обычные жесткие диски и массивы флэш-памяти. В этих пулах Nutanix реализует собственную систему избыточности и проверок надежности, которая устраняет необходимость в RAID-массивах.

Для сравнения укажем, что Dell EMC не может позволить себе отказаться от сетей хранения (SAN) и сетевых устройств хранения (NAS), которые продолжают играть важную роль в стратегии корпорации. В своей новейшей реализации HCI под названием VxRail она ввела уровень абстракции, использующий программно-определяемое хранение (software defined storage, SDS), которое вице-президент по управлению продуктами HCI Чад Данн называет принципиально важным элементом любой платформы HCI.

По его словам, SDS представляет собой «гораздо более гибкую и передовую технологию. Чем больше узлов вы добавляете в свою среду, тем больше объем хранения и тем выше производительность хранения. И вы можете наращивать их пропорционально имеющимся вычислительным ресурсам. Но главное в том, что все соответствует единой парадигме управления. У меня больше нет различных инструментов для обслуживания инфраструктуры хранения, которые нельзя было бы применить к вычислениям, виртуализированной инфраструктуре и даже к сетевой инфраструктуре программно-определяемых сетей».

Клиенты, уверен Данн, скорее будут подключать новые классы массивов хранения к существующим средам постепенно или поэтапно, чем сделают решительный шаг и полностью заменят свои SAN и NAS.

В HCI-модели Cisco, именуемой HyperFlex (HX), также в каждом узле устанавливается управляющая виртуальная машина, но таким образом, что она поддерживает постоянную связь с гипервизором VMware ESXi на физическом уровне. Cisco указывает на возможность добавлять уровни абстракции, устраняющие зависимости, которые связывают компоненты воедино и ограничивают способы их взаимодействия.

Таким образом, используя будущий релиз HyperFlex 3.0, ЦОДы смогут инкорпорировать различные абстрактные конструкции хранения и данных, включая новейшую, которую предоставляет Kubernetes, — тома длительного хранения.

В распределенной системе Kubernetes фрагменты кода, именуемые микросервисами, могут множиться или сокращаться в зависимости от спроса. Они могут попросту исчезнуть, если не используются. Чтобы данные и базы данных смогли пережить эти маленькие катастрофы, разработчики создали тома длительного хранения. Это не новые конструкции данных, а создаваемые с помощью уровней абстракции, расширяющих подключения к томам хранения в среде HCI, не сообщая деталей или схем этим томов.

«Наш будущий релиз HX 3.0 сможет запускать на одном кластере виртуальные машины и контейнеры Docker под управлением экосистемы Kubernetes, — пояснил директор Cisco по управлению продуктом HyperFlex Маниш Агарвал. — На платформе Cisco Container Platform имеется отдельный поток, осуществляющий интеграцию и упрощающий управление».

Ограниченность гиперконвергенции

Агарвал рассказал, как с точки зрения Cisco выглядит идеальный ЦОД, в котором HCI сочетается со старыми и новыми системами для других моделей развертывания приложений. Он допускает, что предприятия продолжат использовать публичные облака и соответствующие сервисы, включая, как надеется Cisco, сервисы Google Cloud, доступные клиентам Cisco благодаря объявленному в октябре 2017 г. партнерству с Google. Последняя является главным коммерческим управляющим проекта Kubernetes. Возможно, это главная причина, по которой Cisco уделяет Google Cloud большое внимание.

Но использование новых моделей, таких как распределенные системы и микросервисы, свидетельствует и об ограниченности гиперконвергенции. По темпам развития то, что в 2010 г. считалось достаточно «гипер», теперь не может даже приблизиться к приложениям для ЦОДов.

Имеются и другие модели, которые HCI не способна охватить, признает Агарвал. Например, среды больших данных, управляемые специализированными операционными системами, такими как Hadoop и Spark. В них имеются собственные системы для обеспечения избыточности, защиты данных, контроля объема и предотвращения сбоев. На этих системах можно создавать виртуальные машины, чтобы сделать их совместимыми с платформами HCI, но это не повысит их производительность или надежность.

«Главная проблема, на которой мы попытались сосредоточиться, это, конечно, распространение HyperFlex», — сказал Агарвал. По его словам, HCI появилась для удовлетворения потребностей предприятий в простом управлении виртуальными рабочими столами. Однако сегодня HCI должна найти свое место в той области, где правит бал Kubernetes.

«Специализированные приложения будут иметь специализированную архитектуру, — полагает Агарвал. — И едва ли в некоторых из этих областей применения какой-нибудь стек общего назначения будет так же хорош, как специализированный стек. Но мы будем решать задачу постепенно и в зависимости от того, что нужно клиенту — эффективность и производительность оборудования или простота. Если простота, то можно представить себе экосистему, в которой если не всеми, то большинством нагрузок, можно управлять при помощи единственного стека. Но мы присутствуем на этом рынке немногим более двух лет, и наша позиция такова: мы хотим сосуществовать».

Есть и другие показательные примеры, подчеркнул Чад Данн. Скажем, работающая в оперативной памяти СУБД SAP HANA требует уникальных условий для виртуализации, над обеспечением которых Dell EMC, VMware и SAP работают совместно.

«Мы видим, что некоторые вещи, прежде предназначавшиеся исключительно для „голого“ железа, начинают переноситься на виртуализацию, — сказал Данн. — На другом конце спектра находятся те рожденные в облаке или изначально облачные задачи, которые сегодня составляют незначительную долю решаемых предприятиями задач. Но мы видим, что все большее число этих задач движется в направлении превращения в облачные. Гиперконвергенция предоставляет великолепную платформу для задач такого рода». Иначе говоря, он считает, что новые приложения, разработанные для развертывания на облачных платформах, такие как Pivotal Cloud Foundry, вероятно больше всего подходят для управления посредством HCI.

Конечная цель Dell EMC и других заключается, в сущности, в обладании средой, с помощью которой осуществляется управление корпоративными приложениями. Это может повлечь за собой определение или переопределение инфраструктуры как чего-то, что может быть наилучшим образом адаптировано к потребностям HCI в конкретный момент. Для компаний, входящих в Dell Technologies, это означает сохранение прочных позиций VMware vSphere.

«VxRail ориентируется на VMware, — пояснил Данн. — VxRail запускает vSphere и VSAN. Мы создаем интеллектуальную собственность, чтобы обращаться с VxRail как с системой и масштабировать как систему. Наша мантра звучит так: мы не хотим, чтобы клиенты отказывались от интерфейса vCenter. Необходимо предоставить им возможность управлять этой средой и наращивать ее. Поэтому мы извлекаем из имеющегося интерфейса все больше и больше функций и включаем их в vCenter. Мы пользуемся роскошью всегда иметь в своем распоряжении vSphere и vCenter в качестве пользовательского интерфейса. Этого нет в других имеющихся решениях».

Стратегия Cisco, нацеленная на захват этой крепости VMware, зависит от ее новой амбициозной унифицированной платформы управления Intersight. Это облачная платформа, которая позволяет управлять HCI и на собственной площадке, и в виде IaaS.

«Теперь вы можете пользоваться единой приборной панелью для всей инфраструктуры независимо от того, в каких конкретных целях вы применяете свой ЦОД, — сказал Агарвал. — С помощью этой приборной панели вы можете управлять всей физической инфраструктурой». Если часть физической инфраструктуры базируется на HyperFlex, добавил он, то Intersight достаточно интеллектуальная платформа, чтобы распознать данный факт и применять подход HyperFlex к хранению не так, как к хранению в публичном облаке. Специализированные активы, размещенные на периферии корпоративной сети, также могут управляться в соответствии с их особыми требованиями.

«У вас будет единая схема управления всем набором данных, — пояснил Агарвал. — независимо от того, какие приложения для „голого“ железа вы используете, используете ли вы гиперконвергентную инфраструктуру или нечто промежуточное».

Подобно Dell EMC, чьи устройства VxRail и VxRack строятся на базе серверов Dell PowerEdge, Cisco HyperFlex создается на основе серверов Cisco UCS, а HPE SimpliVity — серверов HPE ProLiant. Разумеется, ведущие производители серверов направляют тенденцию к гиперконвергенции таким образом, чтобы она пролегала через их собственные бренды, и не намерены конвергировать все подряд. Но даже эти серверы являются лишь средствами достижения цели. «Большой приз» — это единая платформа управления, которая сейчас играет такую же роль, какую играла Windows Server в эпоху клиент-серверных систем.

«Есть причина, почему мы придерживаемся только оборудования для UCS, — прямо признал Агарвал. — Мы пытаемся управлять предоставляемыми клиенту простотой и удобством использования двумя различными способами. Во-первых, это уровень автоматизации, который мы можем обеспечить, если будем исходить из использования оборудования для UCS... Во-вторых, мы также можем гораздо лучше управлять производительностью инфраструктуры. Помимо удобства использования есть еще вопрос качества».

Хотя Nutanix выпускает собственную линейку узлов HCI, ее оригинальным и на сегодняшний день главным продуктом является ПО. Благодаря партнерству с Dell, которое началось еще до образования Dell EMC, это ПО продолжает работать на устройствах серии Dell EMC XC (которые, разумеется, созданы на базе серверов PowerEdge). ПО Nutanix в отличие от VxRail предназначено для поддержки нескольких гипервизоров, включая ее собственный, а не только гипервизора VMware. (Cisco HyperFlex основан на продукте VMware, но следующий релиз будет поддерживать Microsoft Hyper-V).

Выбор и неизменность

По словам Смита, Nutanix стремится предоставить клиентам обычные, удобные условия работы, предлагая выбор и одновременно обеспечивая предсказуемость в его ЦОДе. «Это указывает на то, что рынок HCI представляет собой рынок ПО. Клиенты просят единую операционную систему, которую они могли бы установить на сервере, выбрав его производителя и модель, но не будучи к нему привязаны. Они говорят: „Я хочу запускать свои приложения (виртуальные или на базе контейнеров) на Nutanix. Мне нравится, как Nutanix обеспечивает распределенное хранение, нравится наличие встроенного гипервизора и то, как она управляет вычислениями с помощью оркестрирования на уровне приложений. Но я хочу самостоятельно выбирать оборудование и, возможно, гипервизор“», — рассказал он.

Гиперконвергенция уже не та, какой была вначале. Каждый из ведущих поставщиков соответствующих продуктов идет своим путем, руководствуясь собственной маркетинговой стратегией и особыми, возможно уникальными сильными сторонами своей технологической платформы. Имеются способы достижения первоначально провозглашавшихся целей HCI, используя все типы инфраструктуры ЦОДа и обходясь без всего, что называется гиперконвергентным. Например, с помощью Mesosphere DC/OS, коммерческой реализации Apache Mesos, которая планирует задачи, основываясь на доступности ресурсов и мониторинге производительности.

Но даже при том, что HCI еще не все сконвергировала, активность в этой области демонстрирует, что внимание менеджеров ЦОДов переключилось с производительности серверов на производительность задач. Это заставило вендоров серверов искать свое место на рынке, которое поможет им сохранить или, возможно, восстановить свои позиции. А тот факт, что гиперконвергенция продолжает изменяться, служит верным индикатором, что эти поиски только начались.