Cloud Computing

© 2009 IBM Corporation

Департамент корпоративных систем IBM

“Лiтня школа в КПИ,12 серпня 2009”

Сергей Каплун,ведущий специалист Департамента

Корпоративных Систем,IBM Украина[email protected]

Концепция Cloud ComputingОбзор современных подходов IBM к построению систем

обработки информации.

Департамент корпоративных систем

I

“Лiтня школа в КПИ,12 серпня 2009” © 2009 IBM Corporation

Эволюция центров обработки данных

“В истории уже все было, но народы и правительства никогда не делали выводов

и не извлекали для себя уроков, которые им следовало бы извлечь из истории” .Георг Вильгельм Фридрих Гегель (1770-1831)


I


Законы диалектики, проявляющиеся в разных областях.

РадиоэлектроникаДетекторный приемник (кристаллический полупроводник) ->

(отрицание) Электронная лампа –>

(второе отрицание) Транзистор, Микросхемы

Авиация

Воздушный винт (движитель первых летательных аппаратов) ->

(отрицание) Турбореактивный двигатель

(второе отрицание) Винтовентилятор


I


Парус: от “Виктории” Магеллана до ....

Космос 1


I


Layer 2 Switches

SSL Appliances

Caching Appliances

Storage Fibre

Switches

Storage Fibre

Switches

SSL Appliances

Caching Appliances

ЦОД сегодня

FileServers

WebServers

SecurityGateway

WebSphere Application

Servers

NetworkServers

ApplicationServers

SecurityServers

ApplicationServers

SAN

Layer 4-7 Switches

Public Internet/Intranet Clients

Routers (Layer 3

Switches)

Firewalls


I


Не слишком ли много соединений и кабелей?

КакКак такое можнопланировать,обслуживать, обновлять, изменять,

обеспечить надежность ?


I


Факторы ограничивающие развитиесовременных вычислительных систем

David Patterson , профессор, университетBerkeley, США

� The power wall -стена мощности+� The memory wall -стена памяти+ � The ILP wall -стена параллельности

на уровне команд

+� = a brick wall for serial performance.

�http://www.ctwatch.org/quarterly/articles/2007/02/the-many-core-inflection-point-for-mass-market-computer-systems/2/


I


Магистраль/сетьДесяткиГб/сек

~3 часа8-10 микросекунд (10 e -6)Сеть Infiniband

Магистральсервера

Десятки –сотни ГБ

~1-5 мин~10-60 наносекунд (60 e -9)Память DDR3

~4 сек~ 4000 пикосекунд (4000 e-12)Свет 1 метр воптоволокне

СетьСотни ГБ~70 дней~6 миллисекунд (6 e -3)Диск

Сеть<= 10 Гб/сек~30 часов100 микросекунд (100 e -6)Сеть Ethernet(10 Гб/сек)

Часть

процессора

Часть МБ до

несколькихМБ

10 секL1: ~1, L2-L3: 5-10 наносекунд(10 e -9)

Интегр.Кэш

Часть

процессора

64 × 64 бит0.1 сек100 пикосекунд (100 e-12)Регистр

Процессора

ПрименениеПриблиз.емкость

Человеческий

м-табТипичное время доступаТехнология

“Difficile est proprie communia dicere” Quintus Horatius Flaccus


I


0 0: 00 0 2: 00 0 4: 00 0 6: 00 0 8: 00 1 0: 00 1 2: 00 1 4: 00 1 6: 00 1 8: 00 2 0: 00 2 2: 00 2 4: 00

01:00 03:00 05:00 07:00 09:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 2 1:00 23:00

Процентиспользования

процессоров

Core system

Infrastructure

ERP/CRM

W eb Services

4 отдельныхсервераили

фиксированныхраздела

• Компоненты ПО интегрированы с точки зренияреализуемой бизнес-логики, а не с точки зрениясоздаваемой нагрузки

• Компоненты размещаются на отдельных серверахили разделах сервера

• Серверы и программное обеспечение IBM позволяюткомбинировать разнородную нагрузку, сохраняяизолированность приложений в рамках отдельных

экземпляров ОС

Композитный профиль нагрузки

00

:00

01

:00

02

:00

03

:00

04

:00

05

:00

06

:00

07

:00

08

:00

09

:00

10

:00

11

:00

12

:00

13

:00

14

:00

15

:00

16

:00

17

:00

18

:00

19

:00

20

:00

21

:00

22

:00

23

:00

24

:00

0

20

40

60

80

100

Процентиспользования

процессоров

Core system

Infrastructure

W eb Services

�Пики нагрузки со стороны компонентов ПО несовпадают во времени - композитная нагрузка носитболее равномерный характер и требует избыточныхвычислительных ресурсов, используемыхкомпонентами по мере потребности

ERP/CRM


I


T1 - время, затрачиваемое на реализацию алгоритмана одном процессоре (узле),

- доля операций в алгоритме, выполняемых одним процессором (узлом), (1- ) - доля операций, выполняемых всеми процессорами (узлами)

- общее время, требуемое для подготовки данных.

Закон Амдаля Ускорение выполнения операций при параллельнойобработке


I


Обеспечение качества обслуживания и запаспроизводительности сервера

L=La + k*σ для одного сервера

L= N * La + k * ª N * σ для распределенной

системы из N серверов


I


Структура затрат на содержание центров обработки

SOURCE: IDC, ‘Worldwide Server Power and Cooling Expense 2006-2010,’ Document #203598, Sept. 2006

� При сохранении текущей тенденции, стоимость

сервера окажется соизмеримой со стоимостью наэлектроснабжение и охлаждение.

� На основании прогноза IDC в 2010 , стоимость

электроэнергии на питание и охлаждение увеличитсяна 54%.

� IT руководители определяют электроснабжение как

одну из основных проблем

$0

$50

$100

$150

$200

$250

$300

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Installed Base(M Units)

Spending(US$B)

Затраты на новое оборудование

Затраты на управление и администрирование x8Затраты на электроэнергию и охлаждение x4

05101520253035404550

� Today, 50 cents are spent on energy for every dollar of hardware

� By 2010 Energy = 71% of annum IT spend,

� 92% of IT Week respondents said IT Director was not l iable for the utili ty bil l

� Economist – Average energy costs to rise further 35% to meet 550 ppb CO2


I


Как используется электроэнергия в ЦОД?

Memory; 11%

Fans; 9%

Processor

30%

HVAC,UPS 40%

IT power60%

Используется

20%

= 3,6% всего

Простаивает

80%

+1 Вт полезного использования5 Вт для питания процессора16 Вт для питания сервера27 Вт центра обработки

0

20

40

60

80

100

Центр обработки Сервер

Server Loads

X1,7 x3 x5

Planar; 4%

PCI; 3%Drives; 6%

Standby; 2%

DC/DC losses; 10%

AC/DC losses; 25%

1 Втэлектроэнергии

Typical Utilization Mainframe 80 – 90%Unix 10 – 20% Wintel 5 – 12%

Коэффициент полезного действия

1/27=3.7%

Паровая машина 8-12%, современная паровая турбина 45-47 %, газотурбинная установка + регенератор 55-60%

Based on IBM Server Consolidation Engagements

http://www.expert.ru/printissues/expert/2007/09/dvigatelnaya_istoriya/


I


Does IT matter?

“ Simply put, it is remain difficult, if not impossible, to draw any broad conclusion about IT’s effect on competitiveness and profitability of individual business. Information technology has become the largest of all corporate capital expenditures - and an intrinsic elements of nearly ever modern business process - but companies continue to make IT investments in the dark, without a clear understanding of ultimate strategic of financial impact “

http://books.google.co.uk/books?id=wrROE6SLJFEC&dq=does+it+matter+carr&printsec=f rontcover&source=bn&hl=en&ei=FzFcSvPGMZHesgaC-5SUBw&sa=X&

oi=book_result&ct=result&resnum=4

Nicolas G.Carr,

”Does IT matter Information Technology and the corrosion of competetive advantage”

2004


I


Сколько стоит в год сервер в распределенной системе ?

$34,447Общая стоимость на сервер

$20,359Затраты на обслуживающий персонал и управление

$1024Стоимость обслуживания корпоративной сети

$10,153Стоимость сопровождения программного обеспечения

$203Стоимость обслуживания дисковых накопителей

$213Стоимость обслуживания и поддержки соединений

$777Стоимость технического обслуживания

$987Стоимость занимаемой площади

$731Стоимость электроснабжения

Источник: Внутренние исследование IBM, 3 917 распределенных серверов в рамках проектов по консолидации


I


Почему нужно менять подходы ?

85% простоиВ распределенных

системах

доступные

вычислительные

ресурсы

используются всего

на 15%

Поставщики продуктов потребления

теряют около $40 миллиардовежегодно (или 3.5% выручки) из-занеэффективности управления

поставками.

33% потребителей прерывают отношенияс поставщиками услуг из-за выявленныхпроблем в безопасности информационных

систем.

33%

$40 000 000 000

Взрывообразный рост обрабатываемых

данных приводит к 54% росту объемасистем хранения ежегодно.

в 1,5 раза в год

70¢ на $170% затрат на

поддержку IT инфраструктуры а не

ее развитие.

Может в консерватории что-то исправить? (с) М.М.Жванецкий.


I


Sca

le U

p /

Sca

le U

p / Консолидированная

Консолидированнаяплатформа

платформа

Scale Out / Scale Out / РаспределеннаяРаспределенная платформаплатформа

System ZPower Systems

SystemX3950m2

(16 sockets)

ClustersLinuxAIX5LHPCParallel Sysplex

BladeCenter™

x3250

High DensityHigh DensityHigh DensityRack MountRack MountRack Mount

Enterprise SMPEnterprise SMPEnterprise SMP

PartitioningVirtualization

Rapid DeploymentSwitch Integration

Вертикальная и горизонтальная масштабируемость


I


Энергоэффективныеаппаратные средства

и сопровождающаяинфраструктура

Защищенность иустойчивость кизменяющимся условиям

Управление сервисами всоответствии стребованиями бизнеса

Виртуализациявычислительных

ресурсов

Архитектурапостроения системобработкиинформации

Подходы IBM к построению центров обработки

данных – целостный и интегрированный взгляд


I


Построение современных ЦОД – Стадии адаптации

Эффективность

и упрощение

Ускорение

развертывания новых

приложений и

сервисов

Быстрая реакция на

изменяющиеся

требования,сокращение

издержек


I


� Физическая консолидация и оптимизация

� Виртуализация ресурсов серверов и систем хранения

� Управление системами, сетевым оборудованием, инфраструктурой

Simplified – Эффективность использования и упрощениеинфраструктуры


I


Shared – Ускорение развертывания новых приложений исервисов

� Виртуализированные пулы ресурсов - “ensembles”� Интегрированное управление IT сервисами� Проектирование с учетом экологических требований


I


Dynamic – Быстрая реакция на изменяющиеся условия, сокращение стоимости IT� Виртуализация IT сервисов – “clouds”

� Управление сервисами как частью бизнеса

� Сервис-ориентированная архитектурауправления сервисами

� Основа для интеграции в реальном времени

транзакций, информации и аналитики


I


Требуемые характеристики инфраструктуры для

облачных вычислений

� Основана на открытыхстандартах, сервисно-ориентированная.

� Виртуализированная иуправляемая сиспользованиемспециальных средств.

� Состоит из стандартизованныхкомпонентов и сопровождаетсястандартными техпроцессами.

� Защищена и устойчива кизменяющимся условиям.

� Проста в использовании, оснащенакаталогом предоставляемыхсервисов.

Динамическая инфраструктура IBM основа для“облачных вычислений”.

CLOUD COMPUTING


I


Динамическая инфраструктура

Service Management

Virtualization

Energy Efficiency

Business Resiliency

Security

Information Infrastructure

Обеспечение прозрачности, управляемость иавтоматизацию бизнес-процессов как сервисов.

Максимизация ценности критическихкомпонентов бизнеса и IT инфраструктуры напротяжении их жизненного цикла сиспользованием систем управленияосновными средствами.

Передовые подходы к виртуализации иконсолидации вычислительных ресурсов, направленные на сокращение затрат, повышение эффективности использования ивнедрения новых сервисов.

Сокращение энергозатрат и повышениеэнергоэффективности.

Поддержка непрерывностифункционирования бизнеса и IT инфраструктуры и быстрая адаптируемость кизменяющимся условиям.

Соответствие требованиям законодательства, адекватная оценкарисков и эффективное противодействие атакам на безопасность.

Основа высоконадежного, устойчивого к внешним и внутренним воздействиям, доступа к информации, обеспечивающая надежное, долговременное, эффективное хранение и исключающая потерю жизненно важных данных

Asset Management


I


Архитектура Dynamic Infrastructure®

DEVELOPERS OPERATORSCORE ENTERPRISE ADMINISTRATION

SERVICE REQUESTORS

SERVICE MANAGEMENT

APPLICATION ARCHITECTURE

SERVERS STORAGE NETWORK

VIRTUAL IT INFRASTRUCTURE

SERVERS STORAGE NETWORK FACILITIES

PHYSICAL IT INFRASTRUCTURE

END USERS

END USERS

RE

SILIE

NC

E

BUSINESS INFRASTRUCTURE

END USERSSERVICE

CREATORS

INFORMATION INFRASTRUCTURE


I


… сервис?

Повторяемаязадача/процесс впроизводстве/

обслуживании/управлении/планировании

...

Несколько определений

… сервиснаяориентация ?

Подход к интеграциибизнеса - установка

связей междусервисами

… сервис ориентированнаяархитектура (SOA)?

Архитектурный стильпостроения ИТинфраструктуры, поддерживающий

сервисную ориентацию

… композитноеприложение?

Наборвзаимодействующих иинтегрированных

сервисов, обеспечивающих

бизнес


I


Как IBM определяет SOA� Сервис ориентированная архитектура – это каркас для интеграциибизнес-процессов и поддерживающей их IT-инфраструктуры в формебезопасных, стандартизированных компонентов – служб, которые могутиспользоваться многократно и комбинироваться для адаптации кизменению приоритетов в бизнесе


I


Соответствие инфраструктуры требованиямбизнесаПринцип построения “по требованию” базируется на концепции Service Oriented Architecture (SOA). Каждый компонент представляет собойсервис, оснащенный стандартным интерфейсом, и используется помере потребности

BU

SIN

ES

SU

SE

R

Enterprise Service Bus

BusinessServices

Infrastructure Services

Business Performance Management

Application Services

Process Services

Interaction Services

InformationServices

Resource Virtualization Services

Utility Business Services

Service Level Automation and Orchestration

DevelopmentServices

Enterprise IT Portfolio

Management


I


IBM : 42 летняя история виртуализации

IBM develops Hypervisorthat would

become VM on the

mainframe

IBM announces

first machines to do Physical Partitioning

IBM announces

LPAR on the mainframe

POWER LPAR design

begins

1967 1973 1987

IBM introduces LPAR in POWER4

based systems with

AIX / Linux

Advanced POWER

Virtualizationships

200420011997

Timeline ref erence http://www.lev enez.com/unix/history.html#01Client quote source: rku.it case study published at http://www.ibm.com/software/success/cssdb.nsf/CS/JSTS-6KXPPG?OpenDocument&Site=eserv erpseries

“In our opinion, they [IBM POWER servers] bring mainframe-quality virtualization capabilities to the world of AIX.”

- Ulrich Klenke, CIO, rku.it

January 2006

PowerVM on IBM Power Systems servers

IBMannouncesPowerVM™

2008


I


IBM : 42 летняя история виртуализации

AIX

POWER™Based-Server

POWERHypervisor

Linux iz/OS™

PR/SMHypervisor

Linux z/VM

z/990Server

POWER Systems: Наследованиетехнологий

System z для AIX,Linux, I

System z: “ Золотой стандарт”виртуализации,

надежности и доступности

Начиная с 1988 г Начиная с 2001 г

Технология, проверенная временем


I


Hypervisor Firmware /Softwareвыполняется сервером

Hypervisor softwareвыполняется операционнойсистемойIBM System z™ PR/SM and zVM™

IBM PowerVM EditionsHP vPartitionsVMware ESX ServerSun Logical Domains (T2000)

HP Integrity VMSolaris ContainersIBM AIX® V6.1 Workload Partitions

IBM S/370 SI->PP & PP->SI, Sun DomainsHP nPartitions

Физические разделы

Adjustablepartitions

PartitionController

...

SMP Server

OS

Apps

OS

Apps

Hypervisor

SMP Server

...OS

Apps

OS

Apps

Host OS

SMP Server

Hypervisor

...OS

Apps

OS

Apps

Hardware Partitioning Hypervisor: Type 1 Hypervisor: Type 2

Какая бывает виртуализация?

“Я пришел к тебе с приветом, я прочел твои тетради: в прошлом веке неким Фетом был ты жутко обокраден”Игорь Губерман (1931-)


I


Networks and network storage

Unassigned on demandresources

Hypervisor

ServiceProcessor

Processors

Memory

IBM ipartitions

HardwareManagement

Console(HMC)

LinuxPartitions

Expansion slots

AIX V5.3 partitions

Virtual Storage

VirtualI/O

Server

Local devices and storage

Workload management and provisioning

Virtual NetworksVirtual Processors

Архитектура POWER Virtualization

AIX V6 partitions

VEnetVSCSIIVM**

LinuxKernelsAIX Kernels

Virtual Network / Storage

SLIC


I


Комбинирование

емкости системхранения из

дисковых систем

разных

производителей

Применение

механизмоврепликации

данных в пуле

систем

хранения

Централизованное

управление пулом

ресурсов

Измения в

системах хранения

без прекращениядоступа к

приложениям

VirtualDisk

VirtualDisk

VirtualDisk

VirtualDisk

SAN

SAN Volume Controller

Advanced Copy Services

Storage Pool

HP

EMCDS4000

DS8000HDS

Виртуализация систем хранения - SAN Volume Controller


I


Несколько примеров консолидации серверов

A Quebec provincial government IT department consolidat ed 292 servers running Oracle, WebSphere, and messaging software into Linux partitions r unning on a System z9 EC with5 IFLs. An IBM study showed that the physical network, c onsisting of 31 switches andover 600 pieces of cable could be replaced with 2 switches a nd 10 pieces of cable!Thestudy estimates an annual savings of US$208,196 for network expenses alone!

A South American government IT agency consolidated 130 n odes in two cities, with 4 or 5 network connections per node, to virtual servers running o n two Power Systems p5-595. They upgraded the network from Fast Ethernet to Gigabit Ethe rnet, but the capital expenseprovided 100% ROI in six weeks as they retired their old net work equipment. The newnetwork infrastructure is composed of two switches and 12 p ieces of cable. Based on theIBM internal consolidation study, the new virtual networ k saves $93,394 annually just fornetwork costs

Andre Metelo, Aug 2008: Network Cost Savings in Virtualized Environments


I


“Now we have achieved an environment on the mainframe where we have a 75 percent reduction of people worldwide managing them, but those people are managing about 1,000 times the data and probably 1,000 times the transactions. This is a result of the tools and automation.”Ralph Crosby, IT Business Edge, June 25, 2008

Персонал центра обработки данных, построенных с использованиеммэинфреймов, не увиличивается с ростом объема обработки.

First National Bank of Omaha

“Распределенная среда обработки банка стала очень дорогой, требовала дополнительных

специалистов и приобретения дополнительных серверов.“Я посмотрел на существующую инфраструктуру в 2002 и увидел, что количество серверов

увеличивалось на 30 % ежегодно. Для каждого разворачиваемого приложения мне приходилось

устанавливать от одного до пяти серверов (для разработчиков приложений, Web сервисов ит.д.) И каждые 20 серверов требовали дополнительного специалиста для его

администрирования”Ken Kucera, senior vice president and division head of FNBO Enterprise Technology Services

Ops StaffOps Staff

Workload Workload

Сокращение сложности и затрат насопровождение инфраструктуры


I


Динамическая инфраструктура…

…набор связанных инициатив IBM, составляющих ДНК,необходимой для процветающей “умной” планеты.

© 2009 IBM Corporation

Департамент корпоративных систем IBM

“Лiтня школа в КПИ,12 серпня 2009”

Спасибо за

внимание!Сергей Каплун,ведущий специалист Департамента Корпоративных Систем,IBM Украина[email protected]Киев, ул. Глыбочицкая 4, Артем бизнес-центр

…В мире, где энтропия в целом стремится к возрастанию, существуют местныеи временные островки уменьшающейся энтропии, и наличие этих островков дает возможность некоторым

из нас доказывать наличие прогресса. (Норберт Винер “Кибернетика и общество”. 1950г.)

Мы плывем вверх по течению, борясь с огромным потоком дезорганизованности, который в соответствии со вторым законом термодинамики,стремится все свести к тепловой смерти - всеобщему равновесию и одинаковости. … В этом мире наша первая обязанность состоит в том, чтобы устраивать произвольные

островки порядка и системы (Норберт Винер. “Я – математик”. 1950г.)

Cloud Computing

Education

ibm corporation

ibm study

ibm cloud computing

new virtual network

network storagei

network connections

physical network

network expenses