Нормативная документация

Введение в программно-определяемые ЦОДы

28 апреля 2015 г. | Категория: Теория и практика SDDC, Программно-определяемый ЦОД

Одно из предсказаний отраслевых аналитиков (Gartner, Forrester) на 2014 год, успешно сбылось. Программно-определяемые ЦОДы (Software Defined Data Center, SDDC) заняли в пространстве новейших корпоративных технологий предсказанное им центральное место. Инфраструктуру ЦОДов такого типа называют Software Defined Infrastructure (SDI), которая складывается из виртуализованных CPU и программно-определяемых систем хранения данных (Software Defined Storage, SDS), (Software Defined Network, SDN), безопасности (Software-defined security, SDsec). Синергия всех компонентов обеспечивается средствами типа Datacenter Abstraction Level (DAL).

Глобальный рынок SDDC в 2013 году оценивался примерно в 400 млн. долл., к 2018 он должен возрасти до 5,5 млрд. долл., то есть ежегодный рост в этот период составит около 70%, что впечатляет. Естественно, что наибольший спрос в  США и Азиатско-Тихоокеанский регионе.  

Впервые словосочетание Software Defined появилось вместе с Radio (Software-defined radio, SDR), тогда оно имело ограниченное приложение в контексте программно-определяемых радиосистем. Следом несколько лет назад появились сети SDN, после чего началось массовое распространение Software Defined. Попробуем понять феномен Software Defined.

Анализ Software Defined начнем с перевода этого термина. По-русски с равным успехом можно сказать "программно-определяемые" или "программно-конфигурируемые", авторы используют альтернативно и то, и другое. Однако на наш взгляд предпочтительным представляется словосочетание "программно-определяемые", поскольку в данном случае речь идет не просто о каких-то технических процессах, служащих для изменения конфигурации сетей или СХД, а о том, что является основополагающим фактором при создании систем, что первично и что доминирует, об отказе от диктата аппаратного обеспечения в пользу программного.

Что касается собственно Software Defined, то в очередной раз повторяется одна и та же терминологическая коллизия, она возникает тогда, когда на поверхность выходит принципиально новая, неизвестная прежде парадигма, конфликтующая с существующей. В таком случае возникает необходимость как-то специальным образом называть не только новое, и старое, все то, что было раньше до нее и в прежней жизни по умолчанию не требовало для себя специального наименования. Положение напоминает проблему мольеровского господина Журден, когда он, познакомившись с поэзией, неожиданно узнал, что прежде говорил и писал прозой. В нашем конкретном случае все, что было раньше в компьютинге, теперь приходится назвать аппаратно-определяемым или Hardware Defined. Противопоставление Hardware Defined и Software Defined подчеркивает суть происходящего в индустрии , наблюдается процесс смещения фокуса с "железа" на "софт".

Процесс миграции от hard к soft протекает чрезвычайно быстро, в частности для того, чтобы стать headliner ("гвоздем программы") SDDC потребовалось всего около двух лет. Стремительность, с которой практически все мегавендоры успели заявить о своей причастности к этой тематике, поражает, тем более, что речь идет не какой-то простой вещи типа кубика Рубика или тамагочи мгновенно завоевавшей мир и бесследно исчезнувшей, а об одной из самых тяжелых технологий, могущей повлиять на все перспективы развития отрасли.

Мало кому известно, что термин SDDC (Software Defined Data Center) был предложен Стивеном Херродом в 2012 году, в бытность его техническим директором VMware. Херрод понимал SDDC не совсем так, как понимают сегодня, он смотрел на все через призму виртуализации инфраструктуры ЦОД, что естественно для сотрудника VMware, и использование соответствующих программных технологий для абстрагирования от конкретного аппаратного обеспечения и для автоматизации управления. Сегодня, три года спустя, концепция SDDC рассматривается намного шире.

Нынешний сдвиг парадигмы от hard к софт затрагивает первоосновы компьютинга, поэтому нуждается в определенном переосмыслении.

Старая проблема — распределение функций между "железом" и "софтом"

В 2009 году тот же Херрод в беседе с автором (http://www.osp.ru/os/2009/05/9883768/), обходясь без не существовавшего на тот момент термина SDDC, подчеркнул, что спектр интересов отрасли смещается с виртуализации отдельных процессоров на виртуализацию облаков в целом. Он говорил о наступлении новой эпохи, когда специализированное ПО в значительной мере заменит собой специализированное аппаратное обеспечение. Этот тезис об универсализации аппаратного обеспечения и перенос специализации в ПО является принципиальным и ключевым для понимания концепции программно-определяемых ЦОДов. В принципе это смена парадигмы совсем не совсем новость, ряд компаний, связанных с производством специализированного "железа", например, Teradata, намного раньше отказались от пропраетарного аппаратного обеспечения в пользу стандартных серверов и специализированного ПО. Но до последнего времени можно было наблюдать отдельные частные решения такого рола. Появление концепции SDDC есть ни что иное, как замена специализированного "железа" специализированным "софтом" на самом верхнем инфраструктурном уровне.

Анализируя прошлое, можно отметить, что соотношение двух компонентов железо/софт в составе вычислительных систем неоднократно менялось. Первые компьютеры были полностью универсальными, затем появились специализированные компьютеры и даже узко специализированные, так называемые appliance, служащие для аналитики, обеспечения информационной безопасности и так далее. Но во втором десятилетии широкомасштабный процесс возврата к универсальному аппаратному обеспечению в форме SDDC. Непосредственным импульсом к возврату к прошлому оказалось появление двух взаимосвязанных новаций:

Появление программно-конфигурируемых сетей (Software Defined Network, SDN). Первые шаги университетских ученых создателей SDN были чрезвычайно робкими. Достаточно вспомнить лекцию профессоров Ника Маккина из Стэнфордского университета и Скотта Шенкера из Университета Беркли, которая прошла в полупустой Малой аудитории Политехнического музея, хотя тогда было понятно, что по значимости ей стоило бы отдать гораздо большую площадку. Тогда в статье "SDN — первое знакомство" автор заметил, что со временем те, кто побывал на лекции, будут вспоминать о ней как об одном из важных событий. Оказалось, как в воду глядел. Дальше все развивалось "быстро, быстрее и еще быстрее", в 2013 году VMware купила стартап Nicira, породивший концепцию SDN (можно только поразиться, почему это не сделала Cisco). После с чего началась буквально эпидемия SD. Взаимосвязь между SDDC и SDN описаны в статье "SDN — от замысла до рынка".

Возникновение идеи программно-определяемых системы хранения данных (Software Defined Storage, SDS). В итоге несложный пазл из трех фрагментов сложился, совместно с хорошо известной виртуализацией серверов SDN и SDC оказались теми тремя китами, которые позволяют распространить виртуализацию и другие программные технологии на все остальные уровни стека ИТ и создать то, что стали называть SDDC.

Вслед за SDN и SDS вскоре возникли другие концепции с префиксом SD, последнее слово —по этой части програмно-определяемая безопасность (Software-defined security, SDsec), ее еще называют следующим поколением безопасности (next-generation security), основанном на виртуальных устройствах (software-based, virtual security appliances).

В качестве обобщающих терминов для всего отмеченного тренда используют Software Defined Everything (SDx) и Software Defined Infrastructure (SDI). На конференции Gartner Data Center Conference 2014 (декабрь, Лас Вегас) SDx определили как "коллективный термин, отражающий усилия, направленные на абстрагирование традиционного пропраетарного аппаратного обеспечения от специализированных программных решений с тем, чтобы уменьшить привязку пользователя к определенному аппаратному обеспечению с целью повышения качества обслуживания (Quality of Service, QoS) и снижению стоимости". Здесь же было подчеркнуто, что SDx не следует воспринимать как очередную волну рыночного шума (marketing hype).

От Hardware Defined к Software Defined

Взрывной характер распространения SDx, вообще, и SDDC, в частности, далеко не случен, он исторически предопределен поскольку является логическим следствием всей семидесятилетней эволюцией компьютинга, начиная с работы The First Draft of a Report on the EDVAC Джона фон Неймана. Причины почему все сложилось так, а не иначе, описаны в статье "Архитектура фон Неймана как историческая случайность". В First Draft фон Нейман изложил один, но далеко не единственный из подходов к распределению функций между аппаратным и программным обеспечением, этот подход получил название "модель фон Неймана", идеи, изложенные Неманом, удачно соответствовали техническим возможностям пятидесятых годов и поэтому были беспрекословно приняты мировым сообществом, чтобы в итоге стать самым важным закладным камнем и фундаментальной основной всего современного компьютинга. Неймановская модель создавалась исходя из очевидного на тот момент постулата: главное — дорогое и составляющее это аппаратное обеспечение, оно дает возможность разместить в памяти и выполнить программу. Стоимость ПО была попросту несоизмерима со стоимостью оборудования, оставаясь много лет ниже на порядки. Программы рассматривались как нечто вторичное, специальное слово software появилось существенно позже, чем компьютер только лишь в 1958 году, то есть более чем через 10 лет после первых современных компьютеров.

Компьютеры называли универсальными вычислительными машинами (general-purpose computer), понимая под универсальностью возможность на одном и том "железе" совершенно разные программы. Появление Software Defined меняет само представление об универсальности, теперь его можно понимать как возможность выполнять любые программы на любом железе, использовать любое железо. Предпосылки к такому переходу можно проследить по основным вехам в история компьютинга:

• 1950-е — мэйнфреймы, прежде всего IBM
• 1960-е — миникомпьютеры, прежде всего DEC
• 1970-е — смутное время, появление микропроцессоров
• 1980-е — персональные компьютеры, прежде всего Microsoft 
• 1990-е — сети, прежде всего Cisco, ПО для Internet 
• 2000-е и далее — СХД, прежде всего EMC, гаджеты, ПО для Internet

Если внимательно посмотреть, то каждый шаг — это движение от хард к софт.

В период с 1950 по1980 развитие рынка определялось исключительно производителями аппаратного печения, только в 80-е ПО становится самостоятельной областью индустрии. А далее постепенно инвестиции в ПО становятся сравнимыми с инвестициями в аппаратное ПО и даже больше.

В конце 90-х годов под влиянием массового производства комплектующих для ПК в компьютерной индустрии начался процесс комодитизации "железа", самые яркие примеры — EMC и кластеры Beowolf. В статье "На Шоссе 128" раскрыта история успеха EMC, компания смогла противопоставить очень дорогим специализированным накопителям IBM более дешевые, но не менее надежные СХД, собранные и доступных на рынке дисков. Пожалуй, это был первый успешный пример комодитизации в приложении к корпоративным системам. В университетском сообществе в то же время стали собирать кластеры из рабочих станций, большая часть современных суперкомпьютеров являются их наследниками.

Комодитизация заметно изменяет соотношение между хард/софт в пользу софт, железо может быть универсальным и относительно дешевым, а все специальные функции переносятся в ПО, крупнейшие производители CХД, такие как EMC и NetApp не в меньшей степени являются софтверными компаниями, чем харверными. После 2010 года, особенно с появлением облачных технологий комодитизация распространилась на все составляющие ЦОДов и стала достаточным условием для создания SDDC. Необходимо уточнить, что SDDC и облака отнюдь не тождественные понятия. Облаком, любым — частным, глобальным или гибридным называют форму предоставления самых разных услуг (XaaS), а SDDC — способ организации инфраструктуры, поддерживающей облако. Детальнее о различиях олаков и SDDC ниже.

SDDC — Определение

Известные определения аналитиков для SDDC не слишком конкретны. Forrester: "SDDC — это интегрированный уровень абстракции, определяющий весь ЦОД средствами программного обеспечения, средствами ПО формируются общие пулы виртуальных и потребителям в виде сервисов." IDC: " SDDC представляет собой слабосвязанный набор программных компонентов, служащих для объединения и виртуализации ресурсов ЦОДов, причиной для создания SDDC является стремление предоставлять эти ресурсы в форме сервисов". Более продуманные определения SDDC предлагают несколько институций, связанных со стандартизацией (Standards Development Organization, SDO). Обобщая их, можно сказать, что под SDDC они чаще всего понимают технологический комплекс по хранению и обработке данных, состоящий из четырех инфраструктурных компонентов — процессоры, системы хранения, сетевое оборудование и средства обеспечения информационной безопасности, все они должны быть виртуализированы и предоставляться в виде сервисов.

В таком комплексе все действия по развертыванию, конфигурированию, мониторингу и автоматизации абстрагированы от аппаратного уровня и полностью реализованы на программном уровне. В последние годы в качестве платформ для разнообразных сервисов (IaaS, SaaS, PaaS и другие) используются облака, облачный компьютинг (Cloud computing) стал основной операционной моделью ИТ-сервисов (IT Services). Облака и SDDC настолько удачно взаимно дополняют друг друга, что сегодня можно говорить о них как двух сторонах одной медали. Облака и SDDC стали следующей фазой в развитии ИТ, как технологической области (technology domain), обещающей более высокий и более интеллектуальный уровень сервисов с использованием стандартных, комодитизированных аппаратных платформ.

Совместно Облака и SDDC образуют единую программно-определяемую инфраструктуру (Software Defined Infrastucture, SDI). Главная отличительная особенность SDI состоит в сочетании сохранившейся на долгие годы вперед статичной природы "железа" с динамичной природой "софта". Это сочетание позволяет оптимальным образом использовать все виды ресурсов ЦОДа. С переходом к SDI появляется техническая возможность отказаться от традиционной архитектурной модели ЦОДов, где ресурсы разделены на отдельные области, их образно представляют отдельными "силосными башнями" (silo), в которых специалисты, компетентные в отдельных областях, стремятся обеспечить наиболее эффективное функционирование каждой из башен. 

Из приведенной таблицы видно каким образом реализуется основное преимущество SDI, заключающееся в сквозном (end-to-end) подходе к поддержке информационной инфраструктуры. Обычно говорят, что SD придает новых качества Responcibility, Agility и Simplicity, то есть система становится проще и строже логически, ана приобретает нужную динамичность и способность должным образом реагировать на изменяющиеся внешние обстоятельства.

Создание обладающих перечисленными качествами SDDC на базе SDI предполагает использование таких технологий и топологий, которые способны обеспечить нужный уровень абстрагирования, то есть виртуализацию, сборку этих ресурсов в общий пул и автоматизацию их использования.

Об отличительных особенностях SDDC

Размышления на тему SDDC вызывает ассоциацию с опубликованной в начале 80-х примечательной статьей (к сожалению, в памяти не сохранилось имя ее автора), где методы распространения программ сравнивались с методами продажи вина. В ней автор задавался вопросом: что мы покупаем — вино или бутылки, за что платим за упаковку или за содержание? Форма распространения любого продукта зависит от технологии, используемой для передачи. Скажем, мы можем покупать электрическую энергию в виде батареек, в виде топлива для мобильных электростанций, но чаще всего получаем ее по проводам, а можем и вовсе пользоваться возобновляемыми источниками. С программами просматривается очевидная аналогия: «батарейки», точнее, диски, были почти единственным приемом передачи для большинства коммерческих программных продуктов от производителя к потребителю. То же самое с ЦОДом, что нам, как потребителям нужно — услуги или средства, предоставляющие эти услуги.

Для того, чтобы получить общее представление от том, что почувствует пользователь при переходе от физических ЦОДов (pDC) к SDDC можно прибегнуть к аналогии с домашним кино, где . В прошлом, чтобы посмотреть фильм, нужно было купить или взять на прокат физический диск, а еще раньше кассету с лентой и физически перенести домой. Сегодня можно без проблем скачать фильм или смотреть его он-лайн, не мало не заботясь от том, где он размещен, зрителю существенен контент фильма, а не форма передачи.

То же самое относится к пользователям ЦОДов, однако об этом качественном отличии SDDC от физического ЦОДа (pDC) обычно говорят предельно мало. Например о том, как устроен SDDC, можно прочесть в брошюре с картинками "для чайников" Software Defined Data Center for Dummies , изданной компанией Nexenta, являющейся одним из наиболее успешных старт-апов в области SDDC. Книга вышла в известной серии For Dummies издательства John Wiley & Sons, ее можно загрузить с сайта Nexenta. Издание в незамысловатой форме интерпретирует то, что представляют собой SDDC. Здесь повествуется о каждой из трех составляющих SDDC: виртуализация серверов (Server virtualization), программно-определенные сети (Software-defined network, SDN) и программно-определенные СХД (Software-defined storage, SDS), но не о синергетическом эффекте поулчающемся в результате.

Намного интереснее тема SDDC раскрыта в материале "The Journey Toward the Software-Defined Data Center", выпущенном компанией Cjgnizant. К сожалению эта аналитическая и сервисная компания не представлена в России. Материал отличается трезвостью оценок, в нем особо подчеркивается, что в реальной жизни все намного сложнее, чем может показаться, что, несмотря на неизбежные проблемы, тем не менее у SDDC впереди большой и сложный путь и уже сегодня ясно — эта концепция обладает достаточным потенциалом для того, чтобы помочь предприятиям совершить радикальный сдвиг в части проектирования, развертывания и управления информационными инфраструктурами нового поколения.

В этой работе ключевыми являются два рисунка, где сравниваются современный виртуализированный ЦОД и SDDC. Второй отличается уровнем "Программно-определенные сервисы, предоставляемые серверами, СХД и сетями", он не только объединяет виртуальные машины, SDC, SDN и SDsec, и обеспечивает программно-определенные сервисы. В качестве при мера можно привести Datacenter Abstraction Level (DAL), разработанный в Microsoft.

• Limited Functionality of Service Portals — Порталы с ограниченной функциональностью, предоставляющие сервисы
• Application — Приложения Operating System — Операционная система
• Virtual Machine Hardware — Виртуализированные ресурсы (CPU, СХД и сети)
• Hypervisor — Гипервизоры, собирающие ресурсы в пулы
• Physical — Физические ресурсы
• Security layer — Средства обеспечения безопасности
• Automation layer — Средства автоматизации
• Catalog — Каталог сервисов
• Consumption of ... — Порталы с неограниченной функциональностью в том числе с самообслуживанием
• Application — Приложения Operating System — Операционная система
• Virtual Machine Hardware ... — Виртуализированные ресурсы (CPU, СХД и сети)
• Software Defined ... — Программно-определенные сервисы, предоставляемые серверами, СХД и сетями
• Hypervisor ... — Гипервизоры, собирающие ресурсы в пулы
• Physical ... — Физические ресурсы
• Security layer — Средства обеспечения безопасности
• Automation layer — Средства автоматизации
• Catalog — Каталог сервисов
• Legacy infra — Унаследованная инфраструктура
• Data center facilities — Техническая инфраструктура
• Gateway ... — Интерфейсы
• Third party plugins — Дополнительные внешние модули

Автор: Леонид Черняк

Теги: Программно-определяемый ЦОД, SDDC