Александр Замятин
Академик Академии проблем качества РФ,
директор департамента информационных и телекоммуникационных технологий
компании «ТехноСерв А/С»,
доктор технических наук

На сегодня мэйнфреймы являются флагманом виртуализации, и все остальные системы, которые так или иначе используют эту технологию, «берут пример» именно с них. Какие типы виртуализации применяются на мэйнфреймах сейчас и насколько велики выгоды в случае виртуализации? Об этом мы и поговорим в статье.

Существует множество определений термина виртуализация, одно из которых таково. С точки зрения пользователя виртуализация — это набор технологий, который позволяет решать пользовательские задачи, не задумываясь о структуре и организации вычислительной системы. А с точки зрения ИТ­специалистов это набор технологий, позволяющих трансформировать физические характеристики системы в удобное для конечных пользователей логическое представление.

Согласно отчетам IDC более 75 % компаний с числом сотрудников от пятисот так или иначе используют виртуализацию серверов, а 45 % серверов, приобретенных в 2007 году, будут виртуализированы. Почему виртуализация вычислительных ресурсов важна сегодня? Если посмотреть статистику использования тех ресурсов, которыми располагает большинство компаний, то нетрудно заметить, что утилизация платформ Wintell в большинстве случаев составляет не более 10%, а утилизация традиционных RISC­машин под управлением Unix редко превышает 20%. Между тем степень утилизации программно­аппаратных средств мэйнфреймов, использующих расширенные технологии виртуализации, легко может быть доведена до 90%. Естественно, это существенно уменьшает стоимость владения, так как сильно сокращает производственные издержки. Интересно отметить тот факт, что руководители ИТ­подразделений стали серьезно заботиться о таком показателе, как уровень энергопотребления систем, рассматривая виртуализацию в том числе и в качестве инструмента для его снижения.

Помимо стоимости владения для ИТ­службы важную роль играют управляемость, масштабируемость и безопасность системы в долговременной перспективе. Срок жизни классических мэйнфреймов — десятки лет. Срок жизни компьютеров типа PC в среднем составляет четыре года, ибо меняются процессоры, меняются архитектуры и, в конце концов, поколения. Поэтому понятно, что обеспечение преемственности используемых решений, замены устаревшего парка оборудования и всего, что с этим связано, — серьезная головная боль для сегодняшних ИТ­руководителей.

Значительную проблему являют собой и «островки автоматизации», которые имеются в России. Изначально автоматизация шла по пути создания АРМов, буквально всё заполнивших собой, и постепенного, по мере выдвижения новых бизнес­требований, наращивания программно­аппаратных ресурсов систем. Зачастую это порождало «зоопарк» решений, трудно сопровождаемых, не выдержанных в одной идеологической концепции, требующих для своей поддержки большого количества разноплановых инженеров и, как правило, мало влияющих на бизнес­стратегию предприятия. Автоматизированная информационная система призвана прежде всего обеспечивать сопровождение бизнес­процессов и направлена на извлечение дополнительной прибыли за счет их автоматизации. К сожалению, в ряде случаев мы видим обратное, когда автоматизация существует ради автоматизации и в итоге стоимость решения на базе подобной информационный системы существенно превышает цену самого вопроса.

Виртуализация на мэйнфреймах

На сегодня мэйнфреймы являются флагманом виртуализации, и все остальные системы, которые так или иначе используют эту технологию, «берут пример» именно с них. Еще в конце 60­х — начале 70­х годов в мэйн­фреймах компании IBM нашло отражение софтверное направление виртуализации, ознаменованное выпуском первых операционных систем с механизмом виртуализации — IBM VM/370 (Virtual Machine) и VM/SP. Эти системы обеспечивали виртуализацию мэйнфреймов — пользователям предоставлялась возможность работать как бы на собственном экземпляре машины, непосредственно запуская нужные ему приложения или загружая там в гостевом режиме какие­то другие операционные системы. В Советском Союзе данная технология стала известна заметно позднее благодаря клону с названием «система виртуальных машин для ЕС ЭВМ». После того, как в процессе эволюционного развития мощность вычислительного оборудования и используемые архитектурные решения обеспечили корректное аппаратное разделение между независимыми процессами, в мэйнфреймах IBM была реализована и аппаратная виртуализация.
О какой виртуализации на мэйнфреймах имеет смысл говорить сейчас?

Во­первых, это виртуализация на программном уровне с использованием современной операционной системы z/VM, которая позволяет на одной машине иметь достаточное количество образов других операционных систем и достаточно большое количество приложений.

Второй тип виртуализации — это логические разделы, реализуемые уже на аппаратном уровне, что дает возможность раздельно устанавливать виртуальные машины на одном компьютере и обеспечивает защиту по классу B2, то есть как если бы они были установлены на отдельных аппаратных комплексах. При этом перераспределение ресурсов происходит не только в статике, что давно умеют делать самые разные производители, но и в динамике.

Третьим значимым типом является технология гиперсокетов, позволяющая выполнять высокоскоростной межпроцессный обмен данными через оперативную память с эмуляцией канального (Ethernet) и последующих (TCP/IP) уровней.

Кроме того, для виртуализации процессорных мощностей под нужды специализированных приложений компания IBM создала процессоры zIIP (Integrated Information Processor) и zAAP (Application Assist Processor). Процессор zIIP предназначен для поддержки рабочих нагрузок, порождаемых базами данных, и призван снизить загрузку основных вычислительных ресурсов, а также сократить расходы на ПО для мэйнфреймов при решении таких задач, как бизнес­аналитика, управление ресурсами предприятия и управление отношениями с заказчиками. Процессор zAAP обеспечивает высокоэффективную среду выполнения Java­приложений под управлением виртуальной машины Java от IBM (JVM), работая асинхронно по отношению к центральным процессорам. Это позволяет снизить требования к вычислительной мощности и нагрузку на центральный процессор, который в результате высвобождается для выполнения других операций.

Виртуализация за рамками одной системы

Технологии виртуализации можно расширить от отдельной системы, отдельного мэйнфрейма до кластера мэйнфреймов, в том числе распределенного. Принято говорить о следующих категориях подобных систем: single — автономный мэйнфрейм, Parallel Sysplex (PS) — параллельный кластер мэйнфреймов, Geographically Dispersed Parallel Sysplex (GDPS) — территориально распределенный параллельный кластер мэйнфреймов. Изначально PS был введен компанией IBM в варианте Base Sysplex для того, чтобы обеспечить корректное наращивание вычислительных мощностей путем увеличения количества отдельных мэйнфреймов и обеспечения корректной загрузки их процессоров. Одно из серьезных достоинств подобной технологии заключается в том, что мы имеем практически линейный рост производительности при наращивании числа процессоров, в то время как при использовании классической мультипроцессорной архитектуры получаем сложную зависимость от их количества, а в ряде случаев даже теряем производительность. Помимо этого сразу решаются задачи обеспечения непрерывности, поскольку мы имеем распределенную систему с резервированием всех подсистем и программных средств и устойчивостью на уровне 99,999, что соответствует простою не более пяти минут в течение года.
Если вариант PS, как правило, реализуется внутри предприятия или подразделения, то вариант GDPS является двухуровневым — Metro и Global. Уровень Metro предполагает разнесенность узлов кластера на расстояние до 40 км, уровень Global — на 100 км и более. Таким образом, различие между PS и GDPS заключается в удаленности одного мэйнфрейма, что, очевидно, влияет на степень защищенности кластера. Если кластер варианта PS уязвим по отношению к катастрофам вроде наводнения или к авариям в региональной сети электроснабжения, то вариант GDPS устойчив к катастрофам вплоть до крупномасштабных стихийных бедствий. При этом вариант Мetro использует синхронный режим передачи данных, а вариант Global — асинхронный, что, естественно, влияет на скорость восстановления в случае аварии.

Шестьдесят виртуальных вместо шестидесяти физических

Насколько велики выгоды в случае виртуализации? Интересные сравнительные расчеты были проведены применительно к классическим Linux­серверам и мэйнфреймам. В исследовательской лаборатории Радомского института технологий провели сравнение стоимости эксплуатации в течение трех лет шестидесяти отдельных Linux­серверов и мэйнфрейма с шестьюдесятью аналогичными Linux­серверами в виртуальном исполнении, построенными над z/VM. Оказалось, что использовать на мэйнфрейме 60 виртуальных Linux­серверов на 1,8 млн. долларов дешевле, нежели столько же самостоятельных Linux­серверов. Сумма громадная. Кроме того, дополнительный выигрыш от подобных решений можно получить, если применить механизм эмуляции Ethernet в оперативной памяти; таким образом, классический TCP/IP­путь обмена данными между разными приложениями заменяется на путь обмена через оперативную память, что намного быстрее. Это дает немалую экономию на построении и содержании кабельной сети и активных сетевых компонентов, а также обеспечивает дополнительную защищенность ввиду того, что никакие межпроцессные каналы данных не выходят за пределы системы.

Виртуализация по требованию

К технологиям виртуализации можно отнести и такой подход, как «по требованию» (on demand), позволяющий платить за вычислительный ресурс по мере необходимости. Эти подходы разработала компания IBM, и сейчас она предлагает два варианта: «upgrade on demand», когда по мере необходимости можно наращивать производительность системы, и «capacity On/Off on demand», т. е. включение­выключение требуемых ресурсов. Если мы прогнозируем резкое увеличение потребной вычислительной мощности, например при подготовке больших отчетов, то с помощью этого механизма обеспечивается увеличение ресурсов системы. Когда потребность в увеличенной вычислительной мощности пропадает, снимаются и временно затребованные ресурсы, а таким образом мы экономим на содержании системы, причем вся эта процедура регламентируется приобретенными лицензиями.

В заключение хочу сказать, что для виртуализации существуют чрезвычайно гибкие аппаратные и программные решения, и «ТехноСерв А/С» активно рекомендует их использование для перевода ИТ­инфраструктур в категорию профитцентра. Ведь при этом подобные ИТ­ин­фраструктуры можно использовать точно так же, как и привычные коммунальные центры, обеспечивающие жизнедеятельность человека. Такие ресурсные ИТ­службы предполагают оплату того, что потреблено; при этом у заказчика ИТ­службы не возникает каких­либо дополнительных расходов и не бывает того раздражения, когда люди, зарабатывающие деньги для компании, чувствуют, что ИТ­подразделение не только не помогает им зарабатывать, но и вешает на них дополнительные накладные расходы, постоянно вызывая головную боль из­за внедрения все новых систем, устранения вечных ошибок и т. д.