Konsolidace serverů na platformu mainframe

Serverová konsolidace je bezesporu velmi efektivní metodou ke snížení složitosti informační a komunikační infrastruktury větších firem, a to ve valné většině případů za současné úspory nákladů v delším časovém horizontu. Všeobecně rozšířeným je totiž jev nazývaný anglicky „server sprawl“, tedy neustálé zvyšování počtu instalovaných serverů – každá nová aplikace, náhlý nedostatek výkonu či růst počtu uživatelů se řeší přidáním dalšího boxu. Virtualizace, poslední dobou všudypřítomný a neustále skloňovaný pojem, umožňuje snížení počtu fyzických serverů. Klíčovou je však volba cílové platformy, na kterou je konsolidace prováděna.

Na jednotlivé stroje třídy x86 lze v praxi konsolidovat řádově několik serverů, v případě serverů provozujících operační systém Unix lze uvažovat i o desítkách virtuálních serverů. Platforma mainframe pak díky své robustnosti disponuje schopností konsolidace i stovek distribuovaných systémů na jediný fyzický server.

Klíčem k efektivní virtualizaci je vysoké využití hardwarových prostředků. Na platformě mainframe lze dosáhnout úrovně vytížení nad devadesát procent, a to i dlouhodobě bez negativního vlivu na stabilitu či odezvu systému. Je to možné díky tomu, že architektura této platformy je už od svého vzniku koncipována právě pro provoz mnoha instancí operačních systémů a aplikací současně.

Již na základní, hardwarové úrovni lze server typu mainframe rozdělit na logické oddíly pomocí hypervisoru implementovaného v mikrokódu stroje. V každém logickém oddílu je pak možné provozovat oddělenou instanci operačního systému, přitom se může jednat nejen o různé verze, ale i o zcela odlišné operační systémy. Jednotlivé logické oddíly jsou z hlediska přístupu k datům zcela izolované, což je vlastnost nutná z hlediska bezpečnosti. Maximální počet logických oddílů, a tedy virtuálních serverů, na jednom fyzickém boxu získaných tímto způsobem je několik desítek. V rámci každého logického oddílu lze ovšem ještě využít virtualizačního operačního systému, který umožní jemnější rozdělení hardwarových prostředků mezi jednotlivé virtuální servery a zajistí jejich přidělování na základě předem stanovených priorit a momentální zátěže. V laboratorních podmínkách se maximální počet virtuálních serverů, spustitelných současně na jednom fyzickém mainframu, pohybuje okolo padesáti tisíc.

Ideálními servery pro konsolidační projekt jsou obecně takové, které mají nízké vytížení – ať už se jedná o množství zpracovávaných dat, potřebnou velikost paměti či využití centrálních procesorů (CPU). Naopak méně vhodnými jsou pro serverovou konsolidaci takové stroje, které mají vysoké nároky na výpočetní výkon. Kromě krajního případu výpočetní či renderovací serverové farmy, která je z principu nekonsolidovatelná, sem spadají například i takové aplikační servery, které provádějí velké počty náročných operací nad daty poskytnutými databázovým serverem. Vhodnými kandidáty mohou být i takové servery, kde je vysoká zátěž způsobena velkým objemem přenášených dat. Takový druh úloh je právě pro platformu mainframe zcela ideální, neboť zátěž tohoto typu se v případě mainframu přenese na jiné prvky, než jsou centrální procesory, a umožní tak dosažení vysokého konsolidačního poměru. Servery typu mainframe totiž na rozdíl od distribuovaných platforem obsahují dedikované procesory pro vstupně/výstupní operace, část zpracování přenášených dat je rovněž přenesena na komunikační adaptéry.

Výrobce a dodavatel mainframů pak samozřejmě disponuje sadami nástrojů pro výpočet potřebné kapacity na cílové platformě s ohledem nejen na přesnou konfiguraci a úroveň vytížení všech konsolidovaných strojů, ale i na charakter jejich využití z hlediska zátěže (databázové či aplikační servery, mailservery, prvky síťové infrastruktury atd.). Jako příklad z praxe lze uvést analýzu možnosti konsolidace přibližně padesáti serverů na platformě x86 u nejmenovaného zákazníka v České republice. Prakticky všechny servery byly vybaveny procesory AMD Opteron různých modelů a generací, několik málo pak procesory Intel Xeon. Jednotlivé servery měly velmi různorodé konfigurace, od jednoho až do osmi fyzických procesorů, jedno- i vícejádrových, různé velikosti operační paměti, typicky od jednoho až do 32 GB (průměrná hodnota byla okolo 16 GB). Na základě týdenního měření zátěže procesorů a množství provedených I/O operací bylo pak možné zkonstruovat graf agregátního zatížení všech zkoumaných serverů a převést takto získaná data na konkrétní sizing konsolidované platformy. Výsledkem bylo, že celou tuto farmu serverů by bylo možné nahradit jedním strojem třídy mainframe, a to pouze se 14 centrálními procesory – přitom nejnovější mainframy umožňují konfigurace až se 64 procesory. Operační paměť na cílovém mainframu by postačovala ve velikosti 512 GB, přičemž nejnovější mainframy mohou disponovat až jejím trojnásobkem, tedy 1,5 TB paměti.

Dosažený koeficient konsolidace tak činil přibližně 50:1 pro fyzické servery a necelých 15:1 pro procesorová jádra (celkový počet procesorových jader u analyzovaných serverů dosahoval mírně nad hranici dvou set). Důležitým faktem pro posouzení konsolidačního poměru je ovšem skutečnost, že všechny zkoumané servery byly nasazeny v produkčním prostředí, nejednalo se tedy o testovací či záložní stroje. Pokud by byly do konsolidace začleněny i takové servery, poměr počtu serverů a procesorů by mohl být ještě mnohem příznivější. Díky vysoké spolehlivosti a dostupnosti mainframu je možné konsolidovat jak produkční, tak právě testovací a záložní servery, které využívají reálnou kapacitu pouze výjimečně, na jeden fyzický stroj. V prostředí, kde je třeba nepřetržité dostupnosti, pak lze nasadit k jednomu či dvěma produkčním mainframům jeden záložní, nejlépe v geograficky oddělené lokalitě, čímž je zajištěna záloha pro případ výpadku centrálního datového centra, či mainframu samotného. I s takovou situací je nutné počítat, přestože statistický ukazatel střední doby mezi chybami (mean time between failure, MTBF) dosahuje u poslední generace mainframů hodnoty mezi třiceti a čtyřiceti lety.
Servery platformy mainframe jsou pro velké konsolidační projekty z hlediska nákladů, spolehlivosti a bezpečnosti optimální volbou. Jako analogii z odlišného prostředí rád uvádím dopravní prostředky – pokud cestujete s rodinou, zcela logicky zvolíte osobní automobil, na přestěhování nábytku se jistě lépe hodí stěhovací vůz... Mainframe je nákladním vlakem ve světě IT.

Autor působí jako System z Sales specialist ve společnosti IBM Česká republika.