mat ong nguyen chat barrie tu dong cong inox tu dong cong xep inox tu dong

Trang chủ/Giải pháp/ Các phương pháp thiết kế hệ thống dành cho quy mô có thể thay đổi

Các phương pháp thiết kế hệ thống dành cho quy mô có thể thay đổi

Việc thay đổi quy mô thường được coi như là một khả năng mở rộng dịch vụ, tăng sự truy cập vào dữ liệu, hoặc thêm tải máy khách. Khả năng xử lý nhiều máy khách hơn bằng cách cung cấp nhiều dịch vụ hơn và tăng khả năng truy cập dữ liệu thường đạt được thông qua việc sử dụng các máy chủ có khả năng thay đổi tốc độ xử lý, tốc độ vào/ra, bộ nhớ và kho lưu trữ. Nhưng bài viết này, bài thứ ba trong loạt bài kiến trúc cơ sở hạ tầng, chỉ chú ý đến những kiến trúc thay thế và tính toán làm thế nào để quy mô có thể thay đổi phù hợp với các mẫu mới giống như các điện toán lưới và điện toán đám mây.

Các tổ chức thường bỏ qua các phí tổn về chi phí vận hành liên quan đến sự thay đổi qui mô, bao gồm các phí tổn về năng lượng, sự làm mát và không gian đặt hệ thống. Hơn nữa, việc chuẩn bị chu đáo cho quy mô có thể giúp chúng ta loại trừ được lỗi vào/ra, bộ vi xử lý, hoặc tắc nghẽn lưu trữ — là chủ đề của bài viết thứ hai trong loạt bài viết này. Nguồn tài nguyên như năng lượng chẳng hạn sẽ không được đề cập đến trong bài này, nhưng phần Tài nguyên cung cấp nhiều liên kết tới các chủ đề chứa nhiều thông tin hơn về vấn đề này. Sự thay đổi qui mô ở những mô hình cao hơn mô hình máy chủ/ máy khách yêu cầu một chiến lược bao gồm các kỹ thuật phân cụm (clustering) (bao gồm cả bộ xử lý và hệ thống tập tin), điện toán lưới, và điện toán đám mây và thường được xác định trên các ràng buộc mức cao nhất bởi các dịch vụ Internet phổ dụng mà có thể đáp ứng nhanh nhất các nhu cầu thay đổi chung.

Điểm lưu ý đầu tiên của bài viết là dựa trên kế hoạch dài hạn để xác định quy mô và chiến lược thay đổi càng gần tuyến tính và vô hạn càng tốt. Điểm thứ hai, bài viết xem xét mỗi tài nguyên phục vụ dành cho cấp độ máy chủ, các cụm máy, điện toán lưới, và phần mềm điện toán đám mây giống như một dịch vụ; và phần cứng giống như quy mô phục vụ (service scaling), bao gồm cả bộ vi xử lý, thiết bị vào/ra, bộ nhớ và lưu trữ, và chiến lược để cân bằng và phân mức nó. Các tiềm năng theo chiều rộng và chiều sâu của chiến lược quy mô tổng quát cho các máy chủ, các cụm, lưới, và điện toán đám mây là rất rộng lớn, nhưng bài viết này cung cấp các ví dụ cụ thể cũng như các điểm chi tiết hơn để bạn có thể giải quyết vấn đề khó khăn trên các hệ thống lớn ở mức cơ sở hạ tầng.

Một hệ thống quy mô tuyến tính đòi hỏi một khả năng tính toán nút, như là một hệ thống máy chủ IBM ® System x® hoặc hệ thống BladeCenter®, cung cấp quy mô đa xử lý đối xứng (SMP) cho bộ xử lý hoặc bộ nhớ đi đôi với quy mô có đủ thiết bị vào/ra cho phân cụm máy, mạng lưu trữ, quản trị, và mạng truy cập máy khách. Trong khi mong đợi sự ra đời của các hệ thống có qui mô có thể thay đổi lớn hơn cho phép phạm vi và khả năng truy cập máy khách rộng hơn, điều quan trọng nhất là cần thiết kế một cách cẩn thận cho sự mở rộng của các hệ thống lưu trữ con và hệ thống tính toán cơ bản:

  • Qui mô có thể thay đổi theo phân cấp: Trung tâm điện toán đám mây bao gồm các lưới điện toán, các cụm tính toán hiệu năng cao, hoặc các máy phục vụ SMP với các truy cập từ máy khách ở bất cứ cấp độ nào.
  • Kiến trúc hướng dịch vụ (Service-Oriented Architecture – SOA): Xem xét cẩn thận sự kết hợp giữa việc tính toán và việc truy cập dữ liệu cho các ứng dụng cùng với các mạng truy cập máy khách.
  • Mạng phân cụm kết nối tốc độ cao (High speed interconnect – HSI): Những mạng giống như Infiniband, Myranet, and 10GE.
  • Khả năng mở rộng dung lượng truy cập thông qua một mạng lưu trữ khu vực (SAN):kênh Fibre 8G, giao diện hệ thống điện toán Internet (iCSI) trên Infiniband hoặc 10GE, hoặc kênh Fibre trên Ethernet/hội tụ các bộ kết hợp mạng (FCoE/CNA) và giao thức làm giảm tải giao diện truyền tải máy chủ.
  • Các nút điện toán SMP: Các nút cùng với bộ xử lý, bộ nhớ, và phần mở rộng kênh vào/ra (I/O) cho lưu trữ, kỹ thuật phân cụm, quản trị, và mạng máy khách.
  • Hệ thống tệp tin có thể thay đổi: Phần đầu hoặc cổng vào của mạng lưu trữ truy cập được thiết kế song song với hệ thống tệp tin với quy mô dung lượng và số lượng của các máy khách cùng với hệ thống tệp tin mạng (NFS) các công nghệ giao thức giống như việc truy cập bộ nhớ từ xa (RDMA).
  • Nhân tố xanh: siêu năng lượng, làm mát, và mật độ giá đặt máy của một hệ thống con sẽ được lựa chọn.
  • Quy mô Geo (Geo-scaling): Sử dụng bộ chuyển đổi kết nối tới cáp tối (dark fiber) với công nghệ truyền dẫn quang năng (DWDM) bằng phân chia bước sóng thêm và bớt các bộ đa hợp

 

Như đã chỉ ra trong Hình 1, các hệ thống có thể thay đổi từ các máy điện toán khách đơn giản đến các máy phục vụ SMP. Máy điện toán khách kết nối tới các cụm của máy phục vụ SMP – các cụm có thể chia và trị bằng các thuật toán, với sức mạnh tính toán được cho trước. Các cụm của máy chủ SMP có thể tương tự như các dịch vụ được cung ứng đồng thời cho các hệ thống lưới điện toán. Được dựa trên điện toán lưới và điện toán phân cụm, các dịch vụ điện toán đám mây được tập trung hóa trên internet phát triển rất nhanh. Điện toán mây có thể đơn giản như là sự chia sẻ lịch biểu và không yêu cầu các cụm HPC, nhưng sau đó thì, các truy cập đến HPC qua Internet sẽ trở thành mối bận tâm đang gia tăng trên cả hai phương diện học thuật lẫn lĩnh vực điện toán thương mại (xem Tài nguyên). Các cụm và máy chủ SMP trong mạng lưới điện toán cần phải tự thay đổi được về bộ xử lý, cổng vào/ra (I/O), bộ nhớ và truy cập lưu trữ để chúng có thể điều tiết các mục đích cho các dịch vụ trong trung tâm mạng lưới điện toán hoặc trung tâm điện toán đám mây. Có lẽ, cách tốt nhất để bắt đầu là đặt một loạt câu hỏi về việc thay đổi quy mô, ví dụ:

  • Có thể mở rộng bộ xử lý, bộ nhớ, các kênh vào/ra trên mỗi nút tính toán SMP đến mức nào?
  • Truy cập lưu trữ, truy cập mạng máy khách, đồng bộ hóa mạng phân cụm và chia sẻ dữ liệu sẽ được cân đối cho các ứng dụng tại một cụm cho trước như thế nào?
  • Sự quản lý và các mạng máy khách sẽ thay đổi quy mô cho nhiều máy chủ và các cụm nào?
  • Các dịch vụ được tạo ra cho một số lượng lớn các máy khách sẽ đòi hỏi quản trị lưới điện toán?
  • Việc mở rộng các dịch vụ ra công cộng có giá trị không?

11
Chú ý rằng hình 1 cho thấy việc sử dụng các nút IBM System x3650 và kho lưu trữ kênh Fibre SAN đính kèm DS4800 là một ví dụ của khối xây dựng đi từ máy phục vụ SMP đến một cụm của các máy phục vụ System x3650 cùng với kho lưu trữ SAN DS4800 và hệ thống tệp tin song song là hệ thống tệp tin song song toàn cầu (GPFS). Các cụm được thiết kế theo cách này có thể được đặt trong một mạng lưới; vì mật độ cao hơn, việc sử dụng hệ thống BladeCenter có thể cân đối để thêm vào hoặc để phục vụ lại các dịch vụ phân cụm. Mạng lưới này cung cấp các công cụ quản trị phối hợp, bảo mật, quản trị máy khách/máy người dùng để đơn giản hóa công việc IT kết hợp một số lượng lớn các máy khách trong một SOA.

Một cái nhìn chi tiết về các công cụ của cổng vào/ra, bộ xử lý, và hiệu suất bộ nhớ đã được đề cập trong bài viết thứ hai trong loạt bài viết này. Một trong những cách tốt nhất để dự tính khối lượng công vệc một cách đơn giản là thực thi các ứng dụng, và trong một SOA đơn giản, việc lập kế hoạch thay đổi quy mô dựa trên số lượng các máy khách mong đợi sẽ thực thi từng loại hình dịch vụ. Các công cụ đo lường tiêu chuẩn thay đổi quy mô tốt mô phỏng dịch vụ máy khách yêu cầu sử dụng các luồng hoặc khối lượng công việc không đồng bộ, có thể thay đổi và thực thi ngay trên các nút hoặc các cụm điện toán hoặc từ các nút mô phỏng máy khách (client-emulator) hiệu suất cao. Ví dụ, một cụm có thể có một mạch ghép nối 2 10 Gigabit Ethernet với một đầu NAS đến các máy khách 24GB Ethernet NAS.

Hình 2 chỉ ra một cổng vào/ra cơ bản, tiến trình xử lý và mô hình thay đổi quy mô bộ nhớ. Một trong các thiết bị quan trọng nhất có thể không xuất hiện ngay lập tức mà nó là phần mở rộng cho các bộ tích hợp bus chủ (HBAs) để lưu trữ, các bộ tích hợp kênh chủ (HCAs) cho các kết nối cụm, và bộ tích hợp mạng cho những mạng máy khách/máy quản trị không có xử lý giao thức — hoặc, theo một cách khác, có bao nhêu nút-máy chủ (host-node) thực hiện mỗi giao diện cổng vào/ra và ngăn xếp của chúng đặt trên các nút điện toán?

Tin liên quan