PC Magazine/RE - Журнал PC Magazine/RE №08/2009

• Основное преимущество аппаратных разделов – изоляция отказов оборудования: гарантируется, что никакой отказ аппаратуры в одном разделе не может повлиять на другой раздел. Это следствие электрической изоляции разделов внутри одной системы. Поскольку степень изоляции виртуальных разделов слабее, чем у аппаратных, то зачастую аппаратным разделам отдается предпочтение в случаях, когда на сервере работают несколько бизнес-критичных продуктивных систем.

• Аппаратные разделы Integrity-серверов, помимо HP-UX, обеспечивают также работу операционных систем Windows, Linux и OpenVMS. Для сравнения: виртуальные разделы (vPar) рассчитаны только на HP-UX.

Ограничения

• Возможность динамического перемещения ячеек между аппаратными разделами существует лишь в HP-UX, начиная с версии 11.31.

• Перемещать между разделами можно только ячейки целиком, в раздел нельзя добавить произвольное число процессоров или произвольный объем памяти.

• Память перемещаемых ячеек может быть только типа CLM.

Термин «виртуализация» в настоящее время трактуется очень широко. Связано это прежде всего с тем, что технологии в данной области развиваются весьма динамично, на рынке постоянно возникают новые решения, которые зачастую не вписываются в имеющуюся классификацию и образуют новые ветви, виды и подвиды. Несмотря на это, можно выделить основные технологические подходы к виртуализации – классы виртуализационных решений (см. материал А. Колесова в PC Magazine/RE, 5/2009).

Виртуализация серверов. Здесь приложение работает с выделенной ему частью общих ресурсов физического компьютера. Такой подход чаще всего реализуется путем запуска на физическом компьютере нескольких операционных сред. К этому классу обычно относят и так называемые виртуальные контейнеры или контейнеры ресурсов. Хотя в этом случае разделение ресурсов происходит внутри одного экземпляра операционной системы. Ведущий поставщик решений серверной виртуализации – компания VMware.

Виртуализация приложений. Здесь в отличие от виртуальных контейнеров виртуализируются не аппаратные ресурсы (процессоры, память, ввод-вывод), а ресурсы более высокого уровня – файлы, объекты, службы (Microsoft Application Virtualization, VMware Thinstall).

Виртуализация представлений. К этому классу относят технологии терминального доступа, когда приложение исполняется на сервере, а клиент отвечает лишь за визуализацию пользовательского интерфейса (Citrix XenApp, Microsoft Terminal Services).

Описанные в статье решения компании HP относятся к первому типу – серверной виртуализации. Различаются они прежде всего степенью изоляции ресурсов. Аппаратные разделы выделяются тем, что изоляция реализована вообще не на программном, а на аппаратном уровне, с помощью специального набора микросхем, которые «диспетчеризуют» электрические сигналы между разделами. Виртуальные разделы и виртуальные машины – это программные способы виртуализации, при этом каждый раздел (виртуальная машина) управляется собственной операционной средой. Наконец, разделы ресурсов – программный способ виртуализации в рамках одного экземпляра ОС. Таким образом, серверную виртуализацию вполне правомерно разделить на три подкласса: аппаратная виртуализация, программная виртуализация с использованием нескольких ОС и программная виртуализация внутри одной ОС.

Подобные многоуровневые решения в рамках серверной виртуализации предлагают и другие ведущие поставщики аппаратного обеспечения (Sun, IBM). Но каждый вендор при этом ориентируется на собственные аппаратные решения и свои флагманские операционные системы (Solaris, AIX, IBM i). Виртуальные машины в качестве гостевых ОС (помимо «профильной») везде поддерживают также Windows и Linux.

Виртуальные разделы (vPar) – это те, изоляция между которыми реализована программно средствами операционной системы HP-UX, в отличие от аппаратных разделов, изолированных на аппаратном уровне.

Каждый раздел функционирует точно так, как если бы он был отдельной системой, видит он только выделенную ему часть оборудования и аппаратных ресурсов физического сервера (рис. 1), использует отдельный экземпляр ОС, что обеспечивает изоляцию сбоев программного обеспечения (любой программный сбой внутри одного раздела, вплоть до краха ОС, не способен повлиять на другой раздел).

Программный слой, находящийся между виртуальными разделами и аппаратурой сервера (vPar monitor), после загрузки виртуального раздела практически не вмешивается в его работу. ОС обращается к vPar-монитору только при вызовах встроенного ПО (firmware), администрировании разделов и перезагрузке ОС. Поэтому vPar-монитор оказывает ничтожное влияние на производительность. Таким образом, по производительности виртуальные разделы почти не отличаются от аппаратных. По тем же причинам масштабируемость виртуальных разделов выше, чем у Integrity VM, кроме того, здесь не ограничивается число процессоров в одном разделе (у Integrity VM – восемь процессоров). В отличие от Integrity VM, виртуальные разделы прекрасно подходят для эксплуатации и тестирования крупных систем с большим числом процессоров.

Степень гранулирования ресурсов, выделяемых виртуальному разделу, гораздо выше, чем в случае аппаратных разделов. Здесь минимальной единицей является не целая ячейка, а один процессор (для многоядерных процессоров – ядро), 64 Мбайт памяти и один адаптер ввода-вывода.

Процессоры и, начиная с HP-UX 11.31, память могут динамически перемещаться между виртуальными разделами без перезагрузки операционной системы.

Несколько виртуальных разделов могут быть созданы внутри одного аппаратного раздела.

Однако виртуальные разделы не могут сосуществовать с виртуальными машинами (Integrity VM) в одном аппаратном разделе или – при их отстутствии – на одном физическом сервере.

Виртуальные разделы идеально подходят, когда на сервере соседствуют продуктивная и тестовая среды. В этом случае тестовая среда или среда разработки может выступать «донором» ресурсов для продуктивной среды в моменты ее максимальной загруженности.

Разделы vPar обладают столь же высокой производительностью, как и аппаратные.

Возможны случаи, когда одним разделом сервера является тестовая среда или среда разработки, а вторым – резервный узел отказоустойчивого кластера, поддерживающего продуктивную систему. Большую часть времени продуктивная система функционирует на основном узле, и мощности резервного узла могут быть переданы в тестовый раздел. Таким образом удается избежать главного недостатка кластерной архитектуры: ресурсы резервного узла не простаивают! Если же происходит плановая или неплановая миграция продуктивной системы на резервный узел кластера, то ему передается необходимая часть ресурсов тестового раздела.

Преимущества

• Среди всех вариантов разбиения на разделы, кроме nPar, этот способ обеспечивает самую высокую производительность и масштабируемость за счет низких накладных расходов.

• Более высокая по сравнению с nPar степень гранулирования аппаратных ресурсов: один процессор (ядро), 64 Мбайт памяти и один адаптер ввода-вывода.

• Уже в HP-UX 11.23 поддерживается динамическое перемещение процессоров. В этой же версии ОС в аппаратных разделах динамически перемещать ресурсы невозможно.

• При динамическом добавлении памяти в раздел можно явно задать, какая часть этой памяти будет использоваться операционной системой в качестве CLM, а какая – в качестве ILM (с учетом общего объема CLM и ILM, сконфигурированного в системе или аппаратном разделе). Для аппаратных разделов вся динамически добавляемая память является локальной (CLM).

В Integrity VM 4.1 появилась возможность миграции VM на другой сервер без остановки приложений.

Ограничения

• Отсутствует изоляция отказов оборудования. Определенные отказы аппаратуры физического сервера могут привести к отказу сразу нескольких виртуальных разделов. Это наиболее существенный недостаток виртуальных разделов по сравнению с аппаратными.

• Поддерживается только операционная система HP-UX.

Основная область применения HP Integrity VM (рис. 2) – небольшие, но важные приложения, требующие изоляции ОС, но в среднем не требующие больших ресурсов (один процессор или меньше). Тем не менее серверы для эксплуатации этих приложений конфигурируются так, чтобы выдерживать пиковую нагрузку. В пиковые моменты такие системы могут загрузить и несколько процессоров, поэтому они устанавливаются, как правило, на небольших двух– или четырехпроцессорных серверах. В этом случае среднее использование ресурсов получается небольшим. Размещение подобных приложений на виртуальных машинах позволяет удовлетворить их требования во время пиков загрузки и возвращать ресурсы, когда активность снижается. Необходимые ресурсы предоставляются «по требованию» для реагирования на кратковременные всплески.