Лекція 2. Робочі станції, сервери та обчислювальні центри

1. Робочі станції

Робоча станція (англ. workstation) ‒ комплекс апаратних і програмних засобів, призначених для вирішення певного кола завдань (рис. 2.1).

Рис. 2.1 – Xerox Alto став в 1973 р. першим комп'ютером, який використовував графічний інтерфейс користувача з маніпулятором типу «миша» та мережу Ethernet

Робоча станція як місце роботи фахівця являє собою повноцінний комп'ютер або комп'ютерний термінал (пристрої введення-виведення, відокремлені і часто віддалені від керуючого комп'ютера), набір необхідного ПЗ, за необхідності доповнюються допоміжним обладнанням: принтер, зовнішній пристрій зберігання даних на магнітних та / або оптичних носіях, сканер штрих ‒ коду тощо (рис. 2.2).

У радянській літературі також використовувався термін АРМ (автоматизоване робоче місце), але в більш вузькому сенсі, ніж «робоча станція» (вирішує конкретне коло завдань).

Також терміном «робоча станція (клієнт)» позначають стаціонарний комп'ютер у складі локальної обчислювальної мережі (ЛОМ) по відношенню до сервера, це комп’ютер який використовує ресурси сервера (на робочих станціях користувачі вирішують прикладні завдання (працюють з базами даних, створюють документи, роблять розрахунки, грають у комп'ютерні ігри. Сервер обслуговує мережу і надає власні ресурси всіх вузлів мережі, в тому числі і робочим станціям).

Рис. 2.2 – Робоча станція на три монітори

Існують досить стійкі ознаки конфігурацій робочих станцій, призначених для вирішення певного кола завдань, що дозволяє підрозділити їх на окремі професійні підкласи:

- мультимедіа і, зокрема, комп'ютерна графіка та обробка зображень, відео, звуку, розробка комп'ютерних ігор;

- різні інженерні, архітектурні (в тому числі містобудівні ) та інші САПР, ГІС, польова робота і геодезія і т. д.;

- наукові та інженерно - технічні обчислення;

- професійні, для біржового інтернет-трейдингу.

Кожен такий підклас може мати властиві йому особливості та унікальні компоненти: великий розмір монітора або декілька моніторів (САПР, біржа), швидкодіюча відеокарта (кінематограф (у тому числі анімація ), комп'ютерні ігри), великий обсяг накопичувачів даних (фотограмметрія, анімація), наявність професійного сканера (фотографія), захищене використання (військове застосування, експлуатація в польових умовах) і т.д.

2. Сервери та серверне обладнання

Сервер (англ. server від to serve ‒ служити) апаратне забезпечення, виділене і / або спеціалізоване для виконання на ньому сервісного програмного забезпечення (у тому числі серверів тих чи інших завдань). 

У комп'ютерній термінології термін може стосуватися окремого комп'ютера чи програми.

Сервер як комп'ютер ‒ це комп'ютер у локальній чи глобальній мережі, який надає користувачам свої обчислювальні і дискові ресурси, а так само доступ до встановлених сервісів; найчастіше працює цілодобово, чи у час роботи групи його користувачів.

Сервер як програма ‒ програма, що надає деякі послуги іншим програмам (клієнтам). Зв'язок між клієнтом і сервером зазвичай здійснюється за допомогою передачі повідомлень, часто через мережу, і використовує певний протокол для кодування запитів клієнта і відповідей сервера. Серверні програми можуть бути встановлені як на серверному, так і на персональному комп'ютері, щоразу вони забезпечують виконання певних служб (наприклад, сервер баз даних чи веб-сервер).

Сервери розміщуються у спеціально обладнаних приміщеннях, званих серверними кімнатами (рис. 2.3).

Рис. 2.3 – Серверна кімната Хемніцького технологічного університету.

Головною ознакою серверів є здатність машини чи програми переважну кількість часу працювати автономно, без втручання людини реагуючи на зовнішні події відповідно до встановленого програмного забезпечення.

Деякі сервісні завдання можуть виконуватися на робочій станції паралельно з роботою користувача. Таку робочу станцію умовно називають невиділеним сервером.

Перші сервери з'явилися в середині 1960-х років. У цей час сервери були дуже великими і складними машинами, які могли б обслуговувати тільки висококваліфікований персонал.

Роль ‒ це функція сервера. Один сервер може відігравати декілька ролей одночасно. При реєстрації адміністратора на сервері майстер «Manage Your Server» допомагає додати нові ролі або змінити існуючі.

В залежності від функціонального призначення розрізняють файлові сервери (англ. File server), проксі-сервери, FTP-сервери, Web-сервери, DNS-сервери, SQL-сервери, термінальні сервери, інтернет-сервери, радіус-сервери та інші. Ці всі ролі можуть встановлюватися як на одну фізичну машину так і окремо на різні (спеціалізовані сервери).

Додавання ролі файлового сервера оптимізує сервер для підтримки спільних папок і зберігання файлів.

Сервери друку використовуються для надання та управління доступом до принтерів.

Поштовий сервер ‒ дозволяє обслуговувати базові поштові скриньки користувачів і дозволяє приймати та відправляти пошту з сервера.

Після інсталяції ролі термінального сервера, ви можете дозволити користувачам підключатися до сервера і запускати на ньому програми так, як ніби ці програми були інстальовані на робочій станції клієнта.

Контролер домену містить базу даних Active Directory. Контролери домену надають служби аутентифікації для користувачів і комп'ютерів, а також керують доступом до мережевих ресурсів.

Сервер DNS дозволяє перетворювати доменні імена (FQDN) в адреси IP.

Сервер DHCP дозволяє клієнтам отримувати свій IP за потребою.

Ігровий сервер  ‒ програмний компонент обчислювальної системи, що забезпечує зв'язок між різними клієнтами, надаючи їм можливість комунікації один з одним в рамках програмної оболонки конкретної гри.

Сервер додатків ‒ роль сервера в сімействі продуктів Windows Server, яка поєднує в собі різноманітні серверні технології (Іnternet Information Services (IIS), Microsoft .NET Framework).

Проксі-сервер

На проксі-сервері автоматично зберігається деякий час вся інформація, яка через нього проходить. Якщо проксі-сервер виявить запит даних, вже наявних в нього, то саме ця копія буде направлена користувачеві.

Крім того, включення проксі-сервера в настройки Інтернет-браузеру дозволяє підвищити швидкість перегляду мережі. Це пов’язано з тим, що багато файлі вже не доводиться отримувати з Мережі: швидкість завантаження файлів з проксі-сервера, розташованого зазвичай «поблизу» користувальницького комп’ютера, вище швидкості отримання даних з віддалених хостів. Крім того, сучасні проксі-сервери мають розвинені засоби управління трафіком: на них можна блокувати вміст за тими чи іншими критеріями, нарізати смуги пропускання для користувачів і т. д.

Особливості серверного обладнання

- надійність ‒ cерверне обладнання найчастіше призначене для забезпечення роботи сервісів в режимі 24/7, тому часто комплектується дублюючими елементами, що дозволяють забезпечити «п'ять дев'яток» (99,999%; час недоступності сервера або простою системи складає менше 6 хвилин на рік). Напр. гаряче підключення і заміна (англ. Hot-swap) критично важливих компонентів, використання жорстких дисків у складі масиву RAID.

- розміри та інші деталі зовнішнього виконання ‒ сервери (і інше устаткування), яке потрібно встановлювати на деяке стандартне шасі (наприклад, так звані блейд-сервери) створюються стандартних розмірів і комплектуються необхідними кріпильними елементами.

- ресурси ‒ за ресурсами (частота і кількість процесорів, кількість пам'яті, кількість і продуктивність жорстких дисків, продуктивність мережевих адаптерів) сервери спеціалізуються у двох протилежних напрямках ‒ нарощуванні ресурсів та їх зменшенні (збільшується площа та продуктивість ‒ зменшується площа, енергоспоживання). Спочатку сервери у продажу йдуть в базовій комплектації, але з закладеним потенціалом до «апгрейду» ‒ апаратна масштабованість.

Блейд-сервери (англ. blade ‒ лезо) ‒ комп'ютерні сервери з компонентами, встновленими в стійці для зменшення займаного простору (рис. 3.4). Називають також ультракомпактними серверами.

Стійка ‒ шасі для блейд-серверів, що надає їм доступ до загальних компонентів, наприклад, блоків живлення та мережевих контролерів.

Рис. 2.4 – Блейд-сервери в стійці

Блейд-сервер являє собою «урізаний» сервер з модульною конструкцією. Це зводить до мінімуму використання фізичного простору і енергії. У блейд-сервері деякі компоненти відсутні для економії місця, що зводить до мінімуму споживання енергії. В той же час вони мають всі пристрої, щоб вважатися комп'ютером. Блейд-стійка, яка може містити кілька блейд-серверів, виконує такі функції, як електроживлення, охолодження, мережеві функції, функції різних з'єднань та управління.

В стандартних серверних стійках мінімальний розмір сервера прийнято називати 1U або 1 юніт (19 дюймів в ширину х 1,75 дюйма у висоту). Як правило, такі стійки вміщають 42 юніта обладнання, тобто максимум 42 сервера. Використання блейд-серверів дозволяє обійти це обмеження не виходячи за розміри стандартів стійки і розмістити до 100 серверів в кожній.

RAID (англ. redundant array of independent disks ‒ надлишковий масив незалежних дисків) ‒ масив з декількох дисків (запам'ятовуючих пристроїв), керованих контролером, пов'язаних між собою швидкісними каналами передачі даних які сприймаються зовнішньою системою як єдине ціле. Залежно від типу використовуваного масиву може забезпечувати різні ступені відмовостійкості і швидкодії. Служить для підвищення надійності зберігання даних і / або для підвищення швидкості читання / запису.

Кластер ‒ це декілька незалежних обчислювальних машин, що використовуються спільно і працюють як одна система для вирішення тих чи інших задач, наприклад, для підвищення продуктивності, забезпечення надійності, спрощення адміністрування тощо (рис. 2.5). Обчислювальний кластер потрібен для збільшення швидкості обрахунків за допомогою паралельних обчислень.

Рис. 2.5 – Термінальний кластер

Мейнфрейм ( англ. Mainframe ) ‒ даний термін має два основні значення:

- велика універсальна ЕОМ ‒ високопродуктивний комп'ютер із значним обсягом оперативної і зовнішньої пам'яті, призначений для організації централізованих сховищ даних великої місткості і виконання інтенсивних обчислювальних робіт.

-  комп'ютер з архітектурою IBM System/360, 370, 390, zSeries (рис. 2.6).

Історію мейнфреймів прийнято відлічувати з появи в 1964 році універсальної комп'ютерної системи IBM System/360, на розробку якої корпорація IBM витратила $5 млрд. Сам термін «мейнфрейм» походить від назви типових процесорних стійок цієї системи. В 1960-х ‒ початку 1980-х років System/360 була беззастережним лідером на ринку. Її клони випускалися в багатьох країнах, у тому числі ‒ в СРСР (серія ЄС ЕОМ).

Мейнфрейми IBM використовуються в більш ніж 25 000 організаціях по всьому світу (без урахування клонів). Близько 70% всіх важливих бізнес-даних зберігаються на мейнфреймах.

Рис. 2.6  – Типовий сучасний мейнфрейм

На початку 1990-х почалася криза ринку мейнфреймів, пік якої припав на 1993 рік. Багато аналітиків заговорили про повне вимирання мейнфреймів, про перехід від централізованої обробки інформації до розподіленої (за допомогою персональних комп'ютерів, з'єднаних дворівневою архітектурою «клієнт-сервер»). Багато хто став сприймати мейнфрейми як вчорашній день обчислювальної техніки, вважаючи Unix- і PC-сервери більш сучасними і перспективними.

Згідно з одним із прогнозів Gartner Group, останній мейнфрейм передбачалося усунути в 1993 році. Термін цього прогнозу давно закінчився, а ринок мейнфреймів залишається стабільним, і їх продажі щорічно ростуть.

На відміну від робочих станцій, призначених для одного користувача, від сервера залежить безліч користувачів. Отже, головним пріоритетом для них стає надійність і безперебійна робота. До сервера можуть підключатися сотні, тисячі або навіть мільйони користувачів. Всі зусилля з підвищення продуктивності або надійності наштовхуються на бар'єр величезної кількості користувачів. Cервери розраховуються на більш тривалий час роботи, ніж робочі станції, що також має на увазі додаткові витрати.

Устаткування, що продається як сервер, якісно відрізняється від устаткування, купленого для індивідуальної робочої станції. У серверного обладнання інші можливості, а при його розробці враховується інша економічна модель. Cервери розміщують в обчислювальних центрах з контрольованим мікрокліматом і з обмеженим доступом до серверного обладнання.

Купуйте для серверів серверне обладнання

Часто робляться спроби заощадити за рахунок покупки персонального комп'ютера і установки на нього серверного програмного забезпечення. Таке рішення може допомогти на короткий термін, але це не кращий вибір для довгострокових або великих проектів, які мають бути надійніше карткового будиночка. Серверне обладнання зазвичай коштує дорожче, але додаткові можливості виправдовують вкладення. Ось деякі з цих можливостей:

Розширюваність. Як правило, в серверах більше фізичного простору для жорстких дисків і більше слотів для карт розширення і центральних процесорів або вони оснащені роз'ємами з високою пропускною здатністю для підключення спеціалізованих периферійних пристроїв (рис. 2.7).

Рис. 2.7 – Сервер із двома сокетами

Велика продуктивність центральних процесорів. Сервери часто обладнують декількома ЦП, а також сервери володіють додатковими можливостями обладнання, такими як багатоступенева перевірка процесорів і динамічний розподіл ресурсів між ЦП і т.д.

Високопродуктивні системи обміну інформацією (введення-виведення). Сервери, як правило, більш продуктивні в плані обміну інформацією (введення-виведення), ніж клієнти. Можливості введення-виведення часто пропорційні кількості користувачів, що виправдовує застосування швидкісних підсистем вводу-виводу.

Можливості модернізації. Сервери частіше модернізують, а не просто замінюють, вони призначені для зростаючих потреб. На серверах, як правило, мається можливість додавати процесори або замінювати окремі процесори на більш швидкі, що не вимагає додаткових апаратних змін.

Можливість монтування в стійку. Сервери повинні мати можливість встановлення в стійки. Якщо настільний комп'ютер може розміщуватися в пластмасовому корпусі обтічної форми, сервер повинен мати прямокутну форму для ефективного використання простору в стійці. Всі кришки, які потрібно знімати при ремонті, повинні зніматися без необхідності вилучення сервера зі стійки. Ще важливіше те, що сервер повинен бути сконструйований з урахуванням охолодження і вентиляції при монтуванні в стійку. Система, у якої вентиляційні отвори розташовані тільки з одного боку, не зможе підтримувати свою температуру в стійці так само добре, як система з наскрізною вентиляцією від передньої панелі до задньої.

Не потрібно доступ з бічних сторін. Комп'ютер має бути простіше ремонтувати і обслуговувати, якщо він встановлений в стійку. Виконання цих завдань не повинне вимагати доступу до бічних стінок машини. Всі кабелі повинні бути ззаду, а всі відсіки приводів і дисків - спереду. Існують відсіки для DVD-приводів, розташовані збоку, а це свідчить про те, що при конструюванні можливість установки в стійку не враховувалася.

Доповнення для підвищеної надійності. Багато серверів володіють додатковими можливостями, що підвищують надійність, такими як дубльовані джерела живлення, RAID, кілька мережевих карт і компоненти з підтримкою «гарячої» заміни.

Альтернативні варіанти управління. В ідеалі сервери повинні мати підтримку функцій віддаленого управління, таких як доступ через послідовний порт, який може бути використаний для діагностики та вирішення проблем, щоб відновити збійну машину. Деякі сервери також постачаються з вбудованими датчиками температури та іншими апаратними засобами моніторингу, які можуть генерувати оповіщення при виявленні проблем.

Зокрема, вплив ринку змушує постачальників покращувати сервери, щоб було можливо розміщувати більше одиниць в колокейшн-центрах - орендованих обчислювальних центрах, де оплата йде за одиницю площі.

Вибирайте постачальників, відомих надійністю продукції

Дуже важливо вибирати постачальників, продукція яких відома своєю надійністю. Деякі постачальники економлять за рахунок використання компонентів споживчого класу, інші використовують компоненти, які відповідають певним стандартам наприклад військовим.

Реальні витрати на серверне обладнання

Щоб мати уявлення про додаткові витрати на сервери, ви повинні знати, з чого складається ціна комп'ютера.

У більшості постачальників є три серії продукції: для дому, для бізнесу і серверне обладнання. Домашня серія зазвичай продається за найменшою початковою ціною, так як клієнти найчастіше приймають рішення про покупку на підставі рекламованої ціни. Доповнення і можливість розширення в майбутньому доступні за вищою ціною. При описі компонентів використовуються загальні технічні характеристики, такі як розширення екрана, замість зазначення конкретного виробника та моделі відеокарти.

Персональні комп'ютери для бізнесу зазвичай розробляються з урахуванням загальних витрат протягом усього терміну їх служби. Початкова закупівельна ціна вища, ніж для домашніх комп'ютерів, адже серія для бізнесу повинна довше не старіти. Компаніям невигідно утримувати велику кількість запасних компонентів, не кажучи вже про вартість навчання техніків з ремонту для кожної моделі.

Серверні серії зазвичай орієнтовані на найкраще співвідношення собівартості і продуктивності. Наприклад, файловий сервер може конструюватися з розрахунком на мінімальну вартість продуктивності по тесту SPEC SFS9731 в перерахунку на закупівельну ціну кожної машини.

Сервери коштують дорожче і з інших причин. Корпус, який зручніше для обслуговування, може бути дорожче у виробництві. Існують обмеження на розташування відсіків для дисководів та інших панелей, доступ до яких має бути тільки з певного боку, - це має на увазі, що їх не можна розмістити так, щоб здешевити конструкцію.

Невірно вважати, що сервери дорожче настільних комп'ютерів, так як це порівняння об'єктів різного роду. Розуміння цієї відмінності моделей ціноутворення допомагає в обговоренні, коли потрібно обґрунтувати гадану дорожнечу серверного устаткування. Крім того, простій сервера обходиться значно дорожче простою настільного комп'ютера.

Забезпечення цілісності даних

На серверах зберігаються критично важливі дані і унікальні конфігурації, які повинні бути захищені.

Розміщення серверів в обчислювальному центрі

Сервери повинні встановлюватися в умовах з надійними енергопостачанням, протипожежним захистом, мережею, охолодженням і фізичної безпекою

Філії та навіть деякі компанії не завжди достатньо великі, щоб мати обчислювальні центри. Проте у всіх має бути виділена кімната або шафа, що забезпечують як мінімум фізичну безпеку, джерело безперебійного живлення (кілька дрібних або один великий) і достатнє охолодження. Краще придбати шафу для телекомунікаційної апаратури з хорошим охолодженням, що закривається на замок дверцятами, ніж робити розрахунок заробітної плати на сервері, що стоїть у когось під столом.

Конфігурація клієнт-серверної ОС

Сервери необов'язково повинні працювати під управлінням тих же ОС, що і їх клієнти. Сервери можуть бути зовсім іншими. Для різних випадків підходять різні варіанти. Наприклад, веб-серверу не потрібно працювати під керуванням тієї ж ОС, що і у клієнтських машин. Клієнти і сервер повинні лише використовувати однаковий протокол. На однофункціональних мережевих спеціалізованих пристроях часто буває встановлена міні-ОС з програмним забезпеченням, мінімально достатнім для виконання єдиної функції (файл-сервер, веб-сервер, поштовий сервер).

Ще один цікавий момент, характерний для серверної ОС, – орієнтованість на перспективу. При установці Solaris 2.x ви можете відзначити, що цей вузол мережі – сервер, на якому встановлені всі програмні пакети, тому що бездискові клієнти або машини з малим об'ємом жорстких дисків можуть використовувати NFS для завантаження необхідних пакетів з сервера. З іншого боку, серверна конфігурація при установці Red Hat Linux – це мінімальний набір пакетів, що припускає, що вам потрібна тільки базова установка, поверх якої ви встановите спеціалізовані програмні пакети, необхідні для створення служб. У зв'язку із зростанням обсягу жорстких дисків останній підхід став більш поширеним.

Забезпечення віддаленого доступу через консоль

Консоль (зазвичай – монітор / клавіатура / миша) і участь людини необхідні серверам тільки на стадії первинної настройки, при апаратно-технічному обслуговуванні та управлінні в нештатних ситуаціях (штатно, більшість серверів управляються віддалено). Для нештатних ситуацій сервери зазвичай забезпечуються одним консольним комплектом на групу серверів (з комутатором, наприклад KVM-перемикачем, або без такого).

Для серверів необхідна можливість віддаленого обслуговування. У минулому для кожного сервера в машинному залі була передбачена власна консоль: клавіатура, відеомонітор або консольний вивід на друк і, можливо, миша. У міру того як системні адміністратори встановлювали все нове обладнання в машинному залі, відмова від цих консолей дозволила звільнити значний простір.

Перемикач KVM (рис. 2.8) – пристрій, що дозволяє декільком машинам використовувати одну клавіатуру, відеоекран і мишу (KVM). Наприклад, можна встановити три сервера і три консолі в одну телекомунікаційну стійку. Однак завдяки комутатору KVM для цієї стійки достатньо тільки однієї клавіатури, монітора і миші. Таким чином, в ту ж стійку можна встановити більшу кількість серверів. Можна заощадити ще більше місця, якщо встановити один комутатор KVM на ряд стійок або на весь обчислювальний центр. Однак більші комутатори KVM, як правило, надмірно дорогі. Можна звільнити ще більше простору за допомогою IP-KVM, тобто KVM, в яких немає ні клавіатури, ні монітора, ні миші. Досить просто підключитися до консольного серверу KVM по мережі з програмного клієнта на іншій машині. Це можна зробити навіть з ноутбука в кафе, якщо ноутбук підключений через VPN до вашої мережі.

Рис. 2.8 – Електронний KVM-перемикач на 4 пристрої

Послідовні консолі і перемикачі KVM дають таку перевагу: вони дозволяють вам керувати системною консоллю, якщо відеосистема не працює або якщо система в несправному стані. Наприклад, певні операції можна виконувати тільки при перезавантаженні системи. Серед них натискання певних клавіш для виходу в меню BIOS. Зрозуміло, для IP-KVM вимагається працездатна мережу між вами і консоллю IP-KVM, але інша мережа необов'язково повинна працювати.

Рис. 2.9. Схема підключення декількох комп'ютерів до одного робочого місця за допомогою KVM-перемикача

Однак у віддаленого доступу є очевидні обмеження через те, що окремі завдання (включення і виключення живлення, завантаження змінних носіїв, заміна несправного обладнання) вимагають присутності людини біля машини. Черговий оператор або доброволець, готовий допомогти, може стати очима і руками віддаленого фахівця. Деякі системи дозволяють віддалено включати і вимикати окремі роз'єми живлення, що, в свою чергу, дозволяє віддалено проводити повне перезавантаження. Однак заміна обладнання і раніше залишається завданням для досвідчених професіоналів.

Не варто очікувати, що системні адміністратори будуть весь день проводити в машинному залі. Робота системних адміністраторів в машинному залі шкідлива і для залу, і для адміністраторів. Робота безпосередньо в машинному залі рідко відповідає вимогам ергономіки для клавіатури і миші та вимогам умов праці, таким як рівень шуму. Перебувати в холодному машинному залі шкідливо для здоров'я. Системним адміністраторам потрібно створити умови, які максимально поліпшують продуктивність праці, а це найпростіше здійснити в офісах. На відміну від машинного залу, в офісі простіше розмістити таке важливе обладнання для системного адміністратора, як довідкова література, ергономічна клавіатура, телефони, холодильники і стереосистеми.

Віддзеркалення завантажувальних дисків

Завантажувальний диск, або диск з операційною системою, як правило, найважче замінити в разі його пошкодження. Тому необхідно дотримуватися особливих заходів безпеки, щоб прискорити процес відновлення. Для завантажувального диска кожного сервера необхідно створити дзеркальний диск. Це означає, що встановлено два диска і при будь-якому оновленні основного диска тут же оновлюється і другий. Якщо один з дисків відмовить, система автоматично переключиться на працездатний диск. Більшість операційних систем дозволяють зробити це програмно, а багато контролери жорстких дисків роблять це на апаратному рівні. Цей метод називається RAID (рис. 2.9).

З роками вартість жорстких дисків значно знизилася, і ця колись надто дорога можливість стала більш доступною. В ідеалі всі диски повинні віддзеркалюватись, або бути захищені RAID-схемою. Однак, якщо ви не можете собі цього дозволити, створіть дзеркало хоча б для завантажувального диска.

Рис. 2.9 – Апаратний RAID масив

Компоненти, що підтримують «гарячу» заміну

Резервні компоненти повинні підтримувати «гарячу» заміну. «Гаряча» заміна мається на увазі можливість відключити і замінити компонент під час роботи системи. Як правило, компоненти слід замінювати тільки при відключеній системі. Можливість «гарячої» заміни аналогічна зміні покришки в той момент, коли автомобіль мчить по шосе. Дуже зручно, коли не доводиться зупинятися, щоб усунути звичайну проблему.

«Гаряче» підключення або «гаряча» заміна

Завжди звертайте увагу, на зазначення на ярлику компонента можливості «гарячого» підключення (hot plug). Це означає, що заміна компонента під час роботи системи безпечна для електроніки, однак цей компонент може бути розпізнаний тільки після наступного перезавантаження системи. Або, що ще гірше, підключити компонент можна до працюючої системи, але система буде тут же перезавантажена, щоб розпізнати цей компонент. А це значно відрізняється від «гарячої» заміни.

Повна надмірність, або n + 1

Надмірність n + 1 відноситься до систем, які спроектовані таким чином, що система продовжує функціонувати навіть після збою одного з компонентів. Прикладом такої системи є RAID-масиви, які продовжують повноцінно функціонувати навіть після виходу з ладу одного з дисків, або комутатор Ethernet з додатковою багатовхідною системою комутації, який дозволяє передавати трафік навіть після збою одного з сегментів системи комутації.

Навпаки, при повній надмірності два повних набори обладнання об'єднані в відмовостійку конфігурацію. Перша система забезпечує виконання служби, а друга в повній готовності взяти на себе роботу при збої першої системи. Перемикання на резервні потужності може здійснюватися вручну (хтось помічає збій в першій системі і активує другу) або автоматично (друга система відстежує роботу першої системи і сама активується при її відмові).

Якщо n дорівнює або більше 2, n + 1 вигідніше, ніж повна надмірність. Користувачі зазвичай воліють використовувати цей метод через його економічність.

Як правило, надмірність n + 1 використовується тільки для серверних підсистем, а не для всіх видів компонентів. Завжди перевіряйте, чи не намагається постачальник вам продати систему з надмірністю n + 1, де резервними є тільки деякі частини системи. Який зиск в автомобілі з додатковими покришками, якщо зламається двигун?

Роздільні мережі для адміністративних функцій

Додаткові мережеві інтерфейси на серверах дозволяють створити роздільні адміністративні мережі. Наприклад, часто створюють окрему мережу для резервного копіювання та моніторингу. Резервне копіювання вимагає високої пропускної здатності, і відділення цього трафіку від основної мережі означає, що резервне копіювання не заважатиме користувачам працювати з мережею.

Альтернатива: безліч недорогих серверів

Професіонали рекомендують не економити на серверному обладнанні, так як підвищення швидкодії і надійності коштує додаткових витрат.

Однак все частіше ми стикаємося із зустрічною думкою, відповідно до якої краще використовувати декілька недорогих однакових серверів, які будуть давати збої частіше. Якщо ви вмієте непогано справлятися зі збоями, така стратегія буде для вас більш вигідною.

Запуск крупної веб-ферми потребує використання декількох резервних серверів. Всі ці сервери повинні бути налаштовані абсолютно однаково - шляхом автоматичного встановлення. Якщо кожен веб-сервер здатний обробляти 500 запитів в секунду, вам знадобиться десять серверів, щоб обробляти 5000 запитів в секунду, які, як ви припускаєте, надходитимуть від користувачів Інтернету. Механізм розподілу навантаження може розподіляти навантаження серед серверів. Але що найкраще, системи розподілу навантаження можуть автоматично визначати машини, в роботі яких стався збій. Якщо один сервер «падає», механізм розподілу навантаження розподіляє запити між рештою робочими серверами і користувачі продовжують отримувати доступ до сервісу. При цьому завантаження кожного сервера підвищується на одну десяту, але це краще простою в роботі.

Сервер – це обладнання. Сервіс – це функція, яку надає сервером. Сервіс може бути скомпонований на декількох серверах, які працюють спільно один з одним.

Запасні елементи

Постарайтеся придбати запасні частини до обладнання, яке купуєте. Зазвичай сервісні контракти після 3-4 років експлуатації стають дуже дорогими, а придбати деталі стає неможливим, оскільки вони перестають випускатися у зв'язку з переходом на нові моделі. Наприклад, для серверів необхідно придбати запасні жорсткі диски та блоки живлення. Ці деталі найчастіше відмовляють під час експлуатації.

Вибір процесора

Сервери початкового рівня вибираються зазвичай з х86-процесорами. Для більш потужних систем можливе використання процесорів іншої архітектури, але цей вибір зазвичай диктується додатком (завдання SAP зазвичай реалізують на потужних обчислювальних процесорах серії Power, сервери баз даних Oracle оптимізовані під власні сервери з процесорами архітектури RISC і т. Д.).

Число ядер, частота і т. д. вибирається на основі вимог проекту. У разі планування віртуалізації необхідно покращувати конфігурацію приблизно на 20%.

Вибір материнської плати

Сервер повинен бути укомплектований системою out-of-band-управління. Ця система дозволяє за допомогою окремого мережевого інтерфейсу моніторити стан сервера, вмикати і вимикати його, програмно віддалено монтувати образи CD / DVD і т. д. Зазвичай серверні плати включають дану опцію за замовчуванням, але є моделі, в яких вона є додатковим компонентом.

Вибір дисків

Бажано зберігати й обробляти дані на спеціалізованих пристроях – системах зберігання даних (СЗД). На ринку представлено багато моделей таких пристроїв, доступних або дорогих, з більшим чи меншим функціоналом.

Можна купити платформу з великим числом жорстких дисків і встановити на неї програмне забезпечення серверів зберігання даних (у тому числі, і безкоштовне). Варіантів багато, в будь-якому випадку перехід на СЗД дозволить більш раціонально використовувати дисковий простір і підвищити надійність системи. Якщо дані будуть зберігатися локально, то спочатку потрібно встановити в сервер максимальне число дисків. Це підвищить продуктивність дискової підсистеми. При цьому потрібно продумати, як будуть сформовані масиви. Зазвичай створюють RAID (Redundant Array of Independent Disks – надлишковий (резервний) масив незалежних дисків) 5-го рівня з усіх дисків сервера, який потім розбивають (або не розбивають) на декілька логічних. Це найекономічніший варіант відмовостійкого масиву, але не найоптимальніший. Наприклад, тип масиву повинен бути різним для розміщення журналів сервера баз даних і для файлів самої бази.

Вибір пам'яті

Часто фахівці намагаються доповнити рекомендовану конфігурацію системи модулями оперативної пам'яті. Бажання зрозуміле, але не слід випускати з уваги той факт, що швидкість роботи з пам'яттю може залежати від її конфігурації – числа встановлених модулів. Легко може виявитися так, що, додавши нові модулі пам'яті, ви одночасно знизили вдвічі швидкість обміну даними з нею.

Сумісність компонентів

І останнє. Всі компоненти сервера повинні бути сумісні. Врахувати всі вимоги, щоб виключити помилки, досить складно. Тому вендори пропонують спеціальні конфігуратори, за допомогою яких можна сформувати бажаний сервер. Цими конфігураторами користуються самі фахівці вендорів, також вони доступні і для пересічних покупців.

3. Обчислювальні центри

Цей розділ присвячений створенню обчислювального центру – місця, в якому знаходяться машини, що оперують загальними ресурсами. Однак обчислювальний центр – не просто кімната з серверами. Як правило, обчислювальний центр оснащений системами охолодження, регулювання вологості, електроживлення та протипожежними системами. Всі ці системи – частина вашого обчислювального центру. За теорією ви повинні зібрати всі найбільш важливі компоненти в одному місці, а потім стежити, щоб це місце було досить надійним.

Дата-центр (англ. Data center, Центр зберігання та обробки даних (ЦЗОД), центр Обробки даних (ЦОД) – спеціалізований технічний майданчик для розміщення інформації в мережі Інтернет, підключений до неї в автономну систему (або мережі в її складі) по множині каналів зв'язку.

Ці приміщення відповідають різним умовам і трохи відрізняються один від одного. Найчастіше обчислювальні центри – це окремі будівлі, побудовані

спеціально для обчислювальних і мережевих операцій. Машинний, або комп'ютерний, зал – менш значне приміщення, можливо, переобладнане із звичайного офісного. Найменші приміщення подібного типу часто жартівливо називають комп'ютерними комірками .

Основи

На перший погляд може здатися, що створити обчислювальний центр досить просто. Потрібен тільки великий зал зі столами, стійками або сітчастими стелажами – і все! Насправді основи створення гарного, надійного обчислювального центру, який дозволить системним адміністраторам працювати ефективніше, значно складніше. Для початку вам знадобиться вибрати серверні стійки і мережеві кабелі, підготувати живлення, яке подаватиметься до обладнання; буде потрібно серйозне охолодження і потрібно  продумати систему пожежогасіння. Крім того, ви повинні грунтовно спланувати стійкість приміщення до стихійних лих. Правильна організація залу має на увазі продуману розводку кабелів, службу консолей, позначку ярликами, наявність інструментів, запасних частин, робочих місць і місць паркування для пересувних пристроїв. Також вам знадобиться опрацювати механізми безпеки обчислювального центру і продумати способи транспортування обладнання в зал і з залу.

Розміщення

По-перше, вам потрібно вирішити, де буде розміщуватися обчислювальний центр.

Якщо це буде центральний вузол для офісів по всьому світу або в межах географічного регіону, то спочатку доведеться вибрати місто і будівлю в цьому місті. Коли будівля вибрано, необхідно вибрати відповідне місце всередині будівлі. На всіх цих етапах при прийнятті рішення слід приймати до уваги стихійні лиха, типові для цього регіону.

Крім того, ви повинні бути готові до того, що чийсь екскаватор випадково пошкодить ваші лінії енергопостачання і зв'язку, незалежно від того, наскільки добре ви захиститеся від стихійних лих

Приклад: бункери – самі захищені обчислювальні центри

Доступ

Місцеві закони в деякій мірі визначають доступ в ваш обчислювальний центр і, наприклад, можуть вимагати наявності як мінімум двох виходів або пандусів для інвалідних колясок, якщо у вас настелений фальшпол. Крім цих міркувань, ви повинні продумати, як будете переміщати стійки та обладнання в зал.

Деякі елементи обладнання можуть бути ширше стандартних дверних прорізів, так що вам можуть знадобитися більш широкі двері. Якщо у вас подвійні двері, переконайтеся, що між ними немає стояка.

В одній з молодих компаній Силіконової долини не було завантажувальної платформи. Одного разу до них прийшла велика партія серверів, які довелося залишити на вулиці біля будівлі, бо не було можливості вивантажити їх з вантажівки прямо в будівлю. Частина серверів була на піддонах, які доводилося розбирати і по частинах переносити до входу в будівлю. Інші, досить дрібні частини відвозили в будівлю по пандусу для інвалідних колясок. Але деякі частини були настільки великими, що жоден з цих способів не підходив і їх перевозили по сталевому пандусу в гараж; там їх втискували в невеликий підйомник і піднімали на рівень поверху, де знаходився комп'ютерний зал.

На щастя, справа була влітку в Каліфорнії і під час цього тривалого процесу не почався дощ.

Безпека

Обчислювальний центр повинен бути фізично захищений настільки, наскільки це можливо зробити, не перешкоджаючи роботі системних адміністраторів. Доступ повинен надаватися тільки тим, чиї обов'язки того вимагають: технікам з обслуговування апаратури, операторам резервних копій на стримерах, мережевим адміністраторам, фахівцям з матеріальної частини та техніки безпеки, а також обмеженому числу керівників. Відповідальний за пожежну безпеку і, в деяких випадках, аварійні бригади, приписані до цієї зони, повинні призначатися з тих, у кого вже є доступ.

Електрика та охолодження

Енергопостачання та охолодження обчислювального центру безпосередньо взаємопов'язані. Обладнання працює від електрики, охолодження бореться із теплом, виділеним апаратурою при її роботі. При дуже високій температурі обладнання може працювати з помилками або навіть згоріти.

Як правило, на кожен ват, споживаний вашим обладнанням, вам доведеться витратити щонайменше 1 ват на охолодження. Тепло, що виділяється устаткуванням, що споживають 10 кВт, зажадає системи охолодження на 10 кВт (насправді швидше 11 або 12 кВт, враховуючи неефективність системи). Це закони термодинаміки. Значить, половина вашого рахунку за електрику йде на охолодження, а половина – на живлення обладнання. Крім того, це означає, що апаратура, яка споживає менше електроенергії, економить її вдвічі більше за рахунок меншої потреби в охолодженні.

Електроживлення обчислювального центру має бути згладженим, або стабілізованим, щоб захистити обладнання від стрибків і спадів напруги, звичайних в електричній мережі.

Системи пожежогасіння

Настійно рекомендується встановити в обчислювальному центрі систему пожежогасіння, навіть якщо цього не вимагають місцеві законодавчі акти.

Блоки живлення, диски і т.д. можуть випадково перегоріти або спалахнути. При проблемах з електропроводкою може виникнути іскра, яка підпалить знаходяться поблизу матеріали.

Стійки

Устаткування в обчислювальному центрі, як правило, кріпиться в стійки. На перший погляд стійки грають не таку вже важливу роль. Це всього лише металевий прокат і болти. Однак насправді стійки грають настільки важливу роль, що визначають практично всі інші аспекти обчислювального центру. Для обчислювального центру стійки – те ж саме, що хребет для вашого організму. Хребет визначає загальну форму, впливаючи на всі інші аспекти. Кожен вид стійок призначений для певної мети. Деякі більше підходять для серверів, а інші – для мережевого обладнання.

Укладання кабелю

При придбанні стійки завжди продумуйте укладку кабелів. Загалом, рекомендується відразу придбати інструменти для укладання кабелів. Щоб визначити, що саме вам необхідно, продумайте, яким чином ви збираєтеся прокладати проводку у своєму обчислювальному центрі. Обміркуйте можливість горизонтального і вертикального укладання кабелів. Кабелі, належним чином укладені між стійками і всередині них, дозволять працювати ефективно, не зачіпаючи при цьому інше обладнання.

Розплутування кабелів – досить непроста справа. Крім того, воно завжди супроводжується відключенням апаратури. Якщо ви не забезпечите належне управління кабелями, люди почнуть підключати обладнання, як їм заманеться. В результаті з'ясується, що не вийде витягнути несправний пристрій із стійки, щоб замінити його, чи не відключивши при цьому три інших критично важливих пристрої, які не мають нічого спільного з потрібною вам машиною.

Проводка

В обчислювальному центрі тримати проводку в порядку досить складно.

Однак при плануванні центру у вас є кілька способів, за допомогою яких ви полегшите системним адміністраторам задачу з підтримки проводки в пристойному стані.

Приховати безлад – не означає усунути його. Якщо безладу не видно, це не значить, що він не відіб'ється на роботі системних адміністраторів. Фальшпол допоможе приховати неохайні кабелі, які будуть плутатися як попало. Витягуючи той чи інший кабель з-під підлоги, ви виявите, що він заплутався серед інших кабелів. Можливо, і витягнути його буде не так просто. Це призведе до того, що кабелі будуть просто залишати на місці, щоб розібратися з ними «пізніше, коли буде час».

Поради по патч-кабелям

Короткі мережеві кабелі, які використовуються для з'єднання машини з мережею, а також з'єднання двох патч-панелей або патч-панелі з машиною, називаються патч-кабелями. Як правило, довжина таких кабелів становить 1, 2 або 3 м.

Маркування

Грамотне маркування та ярлики необхідні для безвідмовної роботи обчислювального центру. Всі пристрої повинні мати ярлики як на лицьовій, так і на задній панелі. На цих ярликах повинне бути присутнім повне ім'я пристрою, який вказано в корпоративному просторі імен і в системі консольного сервера.

Робоче місце

Ще один важливий аспект будь-якого обчислювального центру – легкий доступ до робочого місця, обладнаному достатньою кількістю розеток і антистатичною поверхнею, де системний адміністратор може виконувати роботу з машинами: встановлювати пам'ять, диски і процесори на нове обладнання перед його установкою або вирішувати ту чи іншу апаратну проблему.

В ідеалі робоче місце повинно знаходитися поряд з обчислювальним центром, але не всередині нього. Таким чином, воно не буде використовуватися як тимчасова стійка і не стане створювати безлад в обчислювальному центрі.

В таких робочих місцях скупчується багато пилу, особливо якщо там розпаковується нове обладнання. Дуже важливо не допускати появи пилу в обчислювальному центрі.

Інструменти і запаси

В обчислювальному центрі завжди повинен бути повний запас різних кабелів, інструментів і запасних деталей. Це простіше сказати, ніж зробити.

У великому відділі системного адміністрування доводиться постійно відслідковувати наявність запасних частин і матеріалів. Самі системні адміністратори повинні стежити за тим, щоб потрібні запаси не закінчувались, а якщо закінчувалися, то рідко і ненадовго. Системний адміністратор, який помітив, що в обчислювальному центрі закінчуються певні запаси або необхідно використати велику кількість того чи іншого обладнання, повинен повідомити про це співробітнику, який несе відповідальність за відстеження запасних деталей і матеріалів.

Щоб використовувати всі можливості обчислювального центру, необхідно все правильно спроектувати з самого початку. Якщо ви знаєте, що належить зі будівлю нового обчислювального центру, варто все підготувати заздалегідь і зробити грамотно.

Контрольні запитання:

1. Охарактеризуйте термін «робоча станція».

2. Розкажіть про додаткові можливості розширюваності серверів.

3. Вибір та покупка серверного обладнання.

4. Відмінність робочої станції  від сервера.

5. Дата-центр та його особливості.