Блейд -сервер — это упрощенный серверный компьютер с модульной конструкцией , оптимизированной для минимизации использования физического пространства и энергии. Блейд-серверы имеют множество удаленных компонентов для экономии места, минимизации энергопотребления и других соображений, при этом все еще имея все функциональные компоненты, чтобы считаться компьютером . [ 1] В отличие от стоечного сервера, блейд-сервер помещается в корпус блейд-сервера , который может содержать несколько блейд-серверов, предоставляя такие услуги, как питание, охлаждение, сетевые подключения, различные соединения и управление. Вместе блейды и корпус блейд-сервера образуют систему блейд-серверов, которая сама может быть смонтирована в стойку. У разных поставщиков блейд-серверов разные принципы относительно того, что включать в сам блейд-сервер и в систему блейд-серверов в целом.
В стандартной конфигурации серверной стойки один блок стойки или 1U — 19 дюймов (480 мм) в ширину и 1,75 дюйма (44 мм) в высоту — определяет минимально возможный размер любого оборудования. Основное преимущество и обоснование blade-вычислений связано с устранением этого ограничения, чтобы снизить требования к размеру. Наиболее распространенный форм-фактор компьютерной стойки — 42U в высоту, что ограничивает количество дискретных компьютерных устройств, напрямую монтируемых в стойку, до 42 компонентов. Blade-системы не имеют этого ограничения. По состоянию на 2014 год [обновлять]с blade-системами можно достичь плотности до 180 серверов на blade-систему (или 1440 серверов на стойку). [2]
Корпус (или шасси) выполняет множество неосновных вычислительных служб, имеющихся в большинстве компьютеров. Системы без блейд-серверов обычно используют громоздкие, горячие и неэффективные по пространству компоненты и могут дублировать их на многих компьютерах, которые могут или не могут работать на полную мощность. Благодаря размещению этих служб в одном месте и их совместному использованию между блейд-компьютерами общая загрузка повышается. Конкретные характеристики предоставляемых служб различаются в зависимости от поставщика.
Компьютеры работают в диапазоне постоянного напряжения, но коммунальные службы поставляют питание в виде переменного тока и с более высокими напряжениями, чем требуется для компьютеров. Преобразование этого тока требует одного или нескольких блоков питания (или PSU). Чтобы гарантировать, что отказ одного источника питания не повлияет на работу компьютера, даже серверы начального уровня часто имеют резервные блоки питания, что снова увеличивает объем и тепловыделение конструкции.
Блок питания корпуса блейда обеспечивает единый источник питания для всех блейдов в корпусе. Этот единый источник питания может быть источником питания в корпусе или отдельным выделенным блоком питания, снабжающим постоянным током несколько корпусов. [3] [4] Такая установка уменьшает количество блоков питания, необходимых для обеспечения отказоустойчивого питания.
Популярность блейд-серверов и их потребность в электроэнергии привели к увеличению числа стоечных источников бесперебойного питания (ИБП), включая устройства, предназначенные специально для блейд-серверов (например, BladeUPS ).
Во время работы электрические и механические компоненты вырабатывают тепло, которое система должна рассеивать для обеспечения надлежащего функционирования своих компонентов. Большинство корпусов лезвий, как и большинство вычислительных систем, отводят тепло с помощью вентиляторов .
Часто недооцениваемая проблема при проектировании высокопроизводительных компьютерных систем заключается в конфликте между количеством тепла, которое генерирует система, и способностью ее вентиляторов отводить тепло. Совместное питание и охлаждение лезвия означает, что оно не генерирует столько тепла, как традиционные серверы. Более новые [обновлять]корпуса лезвий оснащены вентиляторами с переменной скоростью и логикой управления или даже жидкостными системами охлаждения [5] [6] , которые подстраиваются под требования к охлаждению системы.
В то же время, повышенная плотность конфигураций блейд-серверов может по-прежнему приводить к более высоким общим требованиям к охлаждению при заполнении стоек более чем на 50%. Это особенно актуально для блейдов раннего поколения. В абсолютном выражении полностью заполненная стойка блейд-серверов, вероятно, потребует большей охлаждающей способности, чем полностью заполненная стойка стандартных 1U-серверов. Это связано с тем, что в ту же стойку, которая вмещает только 42 стоечных сервера 1U, можно поместить до 128 блейд-серверов. [7]
Blade-серверы обычно включают интегрированные или дополнительные сетевые интерфейсные контроллеры для Ethernet или хост-адаптеры для систем хранения Fibre Channel или конвергентный сетевой адаптер для объединения хранилища и данных через один интерфейс Fibre Channel через Ethernet . Во многих blade-серверах по крайней мере один интерфейс встроен в материнскую плату, а дополнительные интерфейсы можно добавлять с помощью мезонинных карт .
Корпус блейда может предоставлять отдельные внешние порты, к которым будет подключаться каждый сетевой интерфейс на блейде. В качестве альтернативы корпус блейда может объединять сетевые интерфейсы в соединительные устройства (например, коммутаторы), встроенные в корпус блейда или в сетевые блейды. [8] [9]
Хотя компьютеры обычно используют жесткие диски для хранения операционных систем, приложений и данных, они не обязательно требуются локально. Многие методы подключения к хранилищам (например, FireWire , SATA , E-SATA , SCSI , SAS DAS , FC и iSCSI ) легко перемещаются за пределы сервера, хотя не все из них используются в установках корпоративного уровня. Реализация этих интерфейсов подключения в компьютере представляет собой аналогичные проблемы для сетевых интерфейсов (действительно, iSCSI работает через сетевой интерфейс), и аналогичным образом их можно удалить из блейда и представить по отдельности или агрегировать либо на шасси, либо через другие блейды .
Возможность загрузки блейд-сервера из сети хранения данных (SAN) позволяет создать блейд-сервер, полностью свободный от дисков, примером реализации которого является модульная серверная система Intel .
Поскольку корпуса blade-серверов обеспечивают стандартный метод предоставления базовых услуг компьютерным устройствам, другие типы устройств также могут использовать корпуса blade-серверов. Лезвия, обеспечивающие коммутацию, маршрутизацию, хранение, доступ к SAN и оптоволоконному каналу, могут быть вставлены в корпус для предоставления этих услуг всем членам корпуса.
Системные администраторы могут использовать блейд-серверы хранения данных, если существует необходимость в дополнительном локальном хранилище. [10] [11] [12]
Блейд-серверы хорошо подходят для определенных целей, таких как веб-хостинг , виртуализация и кластерные вычисления . Отдельные блейды обычно имеют возможность горячей замены . Поскольку пользователи имеют дело с более крупными и разнообразными рабочими нагрузками, они добавляют больше вычислительной мощности, памяти и пропускной способности ввода-вывода к блейд-серверам. Хотя технология блейд-серверов в теории допускает открытые системы разных поставщиков, большинство пользователей покупают модули, корпуса, стойки и инструменты управления у одного и того же поставщика.
Окончательная стандартизация технологии может привести к расширению выбора для потребителей; [13] [14] с 2009 года [обновлять]все большее число сторонних поставщиков программного обеспечения начали выходить в эту растущую область. [15]
Однако блейд-серверы не дают ответа на все вычислительные проблемы. Их можно рассматривать как форму производственной серверной фермы , которая заимствует у мэйнфреймов технологию упаковки, охлаждения и питания. Очень большие вычислительные задачи могут по-прежнему требовать серверных ферм блейд-серверов, и из-за высокой плотности мощности блейд-серверов могут еще сильнее страдать от проблем с отоплением, вентиляцией и кондиционированием воздуха, которые влияют на большие обычные серверные фермы.
Разработчики впервые разместили полные микрокомпьютеры на картах и упаковали их в стандартные 19-дюймовые стойки в 1970-х годах, вскоре после появления 8-битных микропроцессоров . Эта архитектура использовалась в индустрии управления промышленными процессами как альтернатива системам управления на основе мини-компьютеров . Ранние модели хранили программы в EPROM и были ограничены одной функцией с небольшим исполнителем реального времени .
Архитектура VMEbus ( около 1981 г. ) определила компьютерный интерфейс, который включал реализацию компьютера на уровне платы, установленного на объединительной плате шасси с несколькими слотами для подключаемых плат для обеспечения ввода-вывода, памяти или дополнительных вычислений.
В 1990-х годах группа производителей промышленных компьютеров PCI PICMG разработала структуру шасси/лезвия для тогдашней шины PCI Peripheral Component Interconnect, названной CompactPCI . CompactPCI был фактически изобретен корпорацией Ziatech Corp из Сан-Луис-Обиспо, Калифорния, и превратился в отраслевой стандарт. Общим для этих компьютеров на базе шасси было то, что все шасси представляло собой единую систему. Хотя шасси могло включать несколько вычислительных элементов для обеспечения желаемого уровня производительности и избыточности, всегда была одна главная плата, отвечающая за работу, или два резервных мастера отказоустойчивости, координирующих работу всей системы. Более того, эта архитектура системы предоставляла возможности управления, отсутствующие в типичных компьютерах для монтажа в стойку, гораздо больше похожие на системы сверхвысокой надежности, управляющие источниками питания, вентиляторами охлаждения, а также отслеживающие состояние других внутренних компонентов.
Потребности в управлении сотнями и тысячами серверов в новых центрах обработки данных Интернета, где просто не хватало рабочей силы, чтобы идти в ногу со временем, требовали новой архитектуры серверов. В 1998 и 1999 годах эта новая архитектура Blade Server была разработана в Ziatech на основе их платформы Compact PCI для размещения до 14 «лезвийных серверов» в стандартном 19-дюймовом шасси высотой 9U, монтируемом в стойку, что позволяло в этой конфигурации размещать до 84 серверов в стандартной стойке 84 Rack Unit 19". Эта новая архитектура принесла на стол набор новых интерфейсов к оборудованию, специально предназначенных для предоставления возможности удаленного мониторинга состояния и производительности всех основных сменных модулей, которые можно было менять/заменять во время работы системы. Возможность менять/заменять или добавлять модули в системе во время ее работы известна как «горячая замена». Уникальные для любой другой серверной системы, серверы Ketris Blade направляли Ethernet через объединительную плату (куда подключались серверные блейды), устраняя более 160 кабелей в одной 19-дюймовой стойке высотой 84 Rack Unit. Для большого центра обработки данных десятки тысяч кабелей Ethernet, подверженных сбоям, были бы устранены. Кроме того, эта архитектура предоставляла возможности для инвентаризации модулей, установленных в системе, удаленно в каждом системном шасси без работы блейд-серверов. Эта архитектура позволяла осуществлять инициализацию (включение питания, установку операционных систем и прикладного программного обеспечения) (например, веб-серверов) удаленно из центра сетевых операций (NOC). Архитектура системы, когда эта система была анонсирована, называлась Ketris, в честь меча Кетри , который носили кочевники таким образом, чтобы его можно было очень быстро вытащить по мере необходимости. Впервые задуманная Дэйвом Боттомом и разработанная инженерной группой Ziatech Corp в 1999 году и продемонстрированная на выставке Networld+Interop в мае 2000 года. На архитектуру блейд-сервера Ketris были выданы патенты [ требуется ссылка ] . В октябре 2000 года Ziatech была приобретена корпорацией Intel, и системы Ketris Blade Server стали продуктом Intel Network Products Group. [ необходима цитата ]
PICMG расширила спецификацию CompactPCI, используя стандартное Ethernet-подключение между платами через объединительную плату. Спецификация CompactPCI Packet Switching Backplane PICMG 2.16 была принята в сентябре 2001 года. [16] Это обеспечило первую открытую архитектуру для многосерверного шасси.
Второе поколение Ketris будет разработано в Intel как архитектура для телекоммуникационной отрасли для поддержки построения базовых IP-телекоммуникационных услуг и, в частности, построения сотовой сети LTE (Long Term Evolution). PICMG последовала за этой более крупной и более функциональной спецификацией AdvancedTCA , нацеленной на потребность телекоммуникационной отрасли в высокодоступной и плотной вычислительной платформе с увеличенным сроком службы продукта (более 10 лет). Хотя система и платы AdvancedTCA обычно продаются по более высоким ценам, чем блейд-серверы, эксплуатационные расходы (рабочая сила для управления и обслуживания) значительно ниже, где эксплуатационные расходы часто затмевают стоимость приобретения традиционных серверов. AdvancedTCA продвигает их для клиентов телекоммуникационной отрасли , однако при реальном внедрении в интернет-центрах обработки данных, где тепловые и другие расходы на обслуживание и эксплуатацию стали непомерно дорогими, эта архитектура блейд-сервера с удаленным автоматизированным обеспечением, мониторингом работоспособности и производительности и управлением будет значительно менее дорогостоящей эксплуатационной стоимостью. [ необходимо разъяснение ]
Первая коммерческая архитектура блейд-сервера [ требуется ссылка ] была изобретена Кристофером Хиппом и Дэвидом Киркеби, а их патент был передан базирующейся в Хьюстоне компании RLX Technologies . [17] RLX, состоявшая в основном из бывших сотрудников Compaq Computer Corporation , включая Хиппа и Киркеби, поставила свой первый коммерческий блейд-сервер в 2001 году. [18] RLX была приобретена Hewlett-Packard в 2005 году. [19]
Название blade-сервер появилось, когда карта включала процессор, память, ввод-вывод и энергонезависимое хранилище программ ( флэш-память или небольшой жесткий диск (и)). Это позволило производителям упаковать полный сервер с его операционной системой и приложениями на одной карте/плате/лезвии. Затем эти лезвия могли работать независимо в общем шасси, выполняя работу нескольких отдельных серверных коробок более эффективно. В дополнение к наиболее очевидному преимуществу этой упаковки (меньшее потребление пространства), дополнительные преимущества эффективности стали очевидны в области питания, охлаждения, управления и сетей из-за объединения или совместного использования общей инфраструктуры для поддержки всего шасси, а не предоставления каждого из них на основе серверного короба.
В 2011 году исследовательская фирма IDC определила основных игроков на рынке блейд-серверов как HP , IBM , Cisco и Dell . [20] Другие компании, продающие блейд-серверы, включают Supermicro , Hitachi .
Известными брендами на рынке блейд-серверов являются Supermicro , Cisco Systems , HPE , Dell и IBM , хотя последняя продала свой бизнес серверов x86 компании Lenovo в 2014 году после продажи своей линейки потребительских ПК компании Lenovo в 2005 году. [21]
В 2009 году Cisco анонсировала блейды в своей линейке продуктов Unified Computing System , состоящей из шасси высотой 6U, до 8 блейд-серверов в каждом шасси. Он имел сильно модифицированный коммутатор Nexus 5K , переименованный в межкомпонентное соединение, и программное обеспечение для управления всей системой. [22] Первоначальная линейка HP состояла из двух моделей шасси: c3000, которая вмещает до 8 блейд- серверов ProLiant половинной высоты (также доступна в форме башни), и c7000 ( 10U ), которая вмещает до 16 блейд-серверов ProLiant половинной высоты. Продукт Dell, M1000e , представляет собой модульный корпус высотой 10U и вмещает до 16 блейд-серверов PowerEdge половинной высоты или 32 блейд-сервера четверть высоты.
