Najważniejszymi cechami każdego komputera, który pełni funkcję serwera, są wytrzymałość i niezawodność. Wykorzystane do jego budowy komponenty muszą cechować się wysoką jakością oraz odpornością na uszkodzenia. Podzespoły muszą zostać tak dobrane, aby w systemie pracy ciągłej zapewniały niezawodny i szybki dostęp do zasobów serwera. Naprawa maszyny w razie wystąpienia awarii nie może tez trwać zbyt długo. Najlepiej, aby uszkodzony komponent nie wpływał w znaczący sposób na pracę pozostałych elementów serwera, a całość w dalszym ciągu była w stanie funkcjonować.
Architektura nawet najmniejszych wykorzystywanych w firmach serwerów podporządkowana jest ściśle pod te kryteria. W większości serwerów stosuje się rozwiązania techniczne do maksimum zwiększające ich niezawodność, jak montaż elementów redundantnych (nadmiarowych), by w razie awarii podzespołu podstawowego od razu jego funkcje przejął element rezerwowy.
Kolejnym konstrukcyjnym sposobem zwiększania sprzętowej niezawodności serwerów jest możliwość wymiany komponentów w locie – tzw. hot-swap. Rozwiązanie stosowane przede wszystkim do wymiany dysków twardych pracujących w macierzach RAID oraz redundantnych zasilaczy. W serwerach nie spotka się też zwykłych kości pamięci RAM. Stosuje się tu bowiem układy typu ECC lub ECC-R (Registered), które wyposażone są w system korekcji błędów. Mechanizm ten eliminuje powstawanie przypadkowych przekłamań mogących wpłynąć na funkcjonowanie uruchomionych na serwerze aplikacji.
Typy serwerów
Obecnie produkowane serwery można podzielić na trzy grupy:
- serwery montowane w wolnostojących obudowach typu tower,
- serwery stelażowe (do szaf rack),
- serwery kasetowe (blade).
Pierwsze z nich przypominają do zwykłe, biurkowe komputery. W wypadku drugiej grupy serwerów, wykorzystywane w nich komponenty przystosowane są zarówno pod względem specyfikacji termicznej jak i poboru energii do montażu w spotykanych w większości serwerowni szafach typu rack. Serwery tego typu składane są już ze specjalnie zaprojektowanych do tego celu komponentów. Elementy te muszą bowiem pracować w gorszych warunkach termicznych wynikających z trudniejszego odprowadzania ciepła z niewielkiej płaskiej obudowy. Z kolei serwery kasetowe to niewielkie serwery montowane jako moduły w specjalnych obudowach mieszczących od kilku do kilkunastu serwerów kasetowych. Obudowy montuje się w szafach rackowych
Dla kogo jaki serwer
Dla małych i średnich przedsiębiorstw przeznaczone są przede wszystkim serwery montowane w obudowach wolnostojących – tymi maszynami nie będziemy się tu zajmować. W większych firmach spotkamy się już niemal wyłącznie z serwerami kasetowymi lub serwerami rackowymi. W serwerach tego typu montuje się od dwóch do czterech, a w niektórych modelach nawet do ośmiu jedno lub wielordzeniowych procesorów. W wypadku większości serwerów kasetowych stosuje się zwykle rozwiązania z jednym, dwoma lub czterema jednostkami centralnymi przypadającymi na jeden moduł, z tym że na rynku najpopularniejsze są moduły blade dwuprocesorowe wykorzystujące układy dwu- lub czterordzeniowe.
Decydując się na serwer kasetowy, o czym szerzej za chwilę, należy jeszcze przy jego zakupie zwrócić uwagę na bardzo istotne dla tej architektury elementy: ile i jakich serwerów blade można umieścić w obudowie, jakie są ograniczenia dotyczące obsadzania serwerów dyskami, pamięcią RAM ze względu na ograniczoną przestrzeń wewnątrz obudowy i wymagania termiczne, jakie są ograniczenia odnośnie mieszania modułów blade różnych typów i generacji w ramach jednej obudowy, czy możliwy jest jednoczesny dostęp do konsol serwerów blade w ramach jednej obudowy oraz czy cała infrastruktura może pracować w nieklimatyzowanym pomieszczeniu.
Wymiary obudów blade
Podobnie jak w wypadku obudów rackowych, obudowy do systemów blade muszą mieścić się w standardowych szafach krosowniczych o szerokości 19 cali. Szafa jest podzielona na segmenty montażowe o wysokości 44 mm (1 U). Innymi słowy obudowa serwera o wysokości 1 U ma zawsze rozmiary 430×44×570-670 mm. Ostatni wymiar (głębokość) jest zmienny, gdyż pozwala na to szafa krosownicza, a obudowa serwera może na głębokość wypełniać ją w pełni lub tylko częściowo.
Tymi wymiarami ograniczone są wymiary obudowy serwera blade. Warto w tym miejscu wspomnieć, że przekazując własny serwer do zarządzania do firmy hostingowej, koszt tzw. kolokacji (czyli oddania maszyny w zarządzanie) kalkulowany jest na podstawie fizycznego zużycia prądu przez serwer oraz właśnie od zajmowanej przez niego wysokości w szafie rackowej wyrażanej w wielokrotności jednostki 1 U.
Typowe obudowy do serwerów kasetowych, tzw. chassis, mają wysokość od 9 do 15 U. Niekiedy spotyka się obudowy dla zespołów serwerów blade o nieco mniejszej wysokości rzędu 5–7 U, ale montuje się tam wówczas maszyny o mniejszej mocy obliczeniowej przeznaczone do obsługi mniejszej liczby użytkowników lub mniej krytycznych zadań. Same serwery blade jako takie są przystosowane do montażu w tych obudowach zbiorczych i ich wymiary zależą już wyłącznie od standardów stosowanych przez danego producenta. Co ważne, serwery blade różnych firm nie są wymienne – w obudowanie dostarczonej przez danego producenta można montować tylko jego serwery.
Architektura serwerów blade
W przeciwieństwie do serwerów stelażowych czy wolnostojących, które są wyposażone we własne zasilacze, wentylatory czy dyski twarde, w przypadków serwerów blade układy chłodzenia, zasilania czy interfejsy sieciowe są przeniesione do obudowy i korzysta się z sieciowych pamięci masowych. Mamy zatem do czynienia z modułami dyskowymi, chłodzącymi czy zasilającymi, które obsługują wszystkie wchodzące w skład obudowy blade serwery kasetowe. Taka konstrukcja pozwala w znaczący sposób zmniejszyć koszty zakupu większej liczby serwerów. Ekonomicznie uzasadniony jest zakup maszyn tego typu jedynie wtedy, gdy w jednej obudowie blade znajdą się więcej niż 3–4 serwery kasetowe. W przeciwnym wypadku tańszy będzie wciąż zakup tradycyjnych serwerów w obudowach przeznaczonych do montażu w szafach krosowniczych.
Na architekturę serwerów blade składają się obudowy, zasilacze, wentylatory, pamięci masowe i moduły zarządzająco-komunikacyjne (sieciowe i I/O). Wszystkie razem tworzą bazę dla modułów produkcyjnych – właściwych serwerów blade. Moduł serwerowy jest pozbawiony własnego zasilania, wentylatorów, kart sieciowych i czasami również dysków – w tym ostatnim wypadku nie jest to jednak regułą, gdyż większość serwerów blade ma jednak własną pamięć masową, a moduł dyskowy służy wyłącznie jako dodatkowa pamięć dyskowa (coś na kształt pamięci NAS), która dostępna jest dla wszystkich serwerów blade w obudowie.
Podstawowym elementem architektury systemu blade jest jego obudowa, będąca konstrukcją nośną dla wszystkich modułów wchodzących w skład systemu blade. Typowa obudowa blade składa się z kilku sekcji, z których najważniejsza jest tzw. wnęka główna. To w niej montowane są kasety z serwerami, kasety z pamięcią masową czy dodatkowe urządzenia. W spotykanych najczęściej na rynku modelach obudów kasetowych mieści się 5–16 modułów blade.
Drugą istotną sekcją, obecną w każdej obudowie typu blade, jest wnęka przeznaczona do umieszczania modułów zasilaczy. Jej pojemność to zwykle od 4 do 6 modułów zasilaczy. Z tyłu obudowy znajduje się zaś sekcja wentylatorów, oraz sekcja przeznaczona do instalacji modułów komunikacyjnych oraz modułów służących do zarządzania infrastrukturą sprzętową.
Najistotniejszym elementem architektury obudowy typu blade jest uniwersalna szyna systemowo-sygnałowa o dużej przepustowości. Fizycznie magistrala ta to specjalnie przygotowana, wzmocniona płyta PCB ze znajdującymi się na niej gniazdami do podłączania poszczególnych modułów. Czasami może też być to odpowiednio przygotowana wiązka przewodów z dołączonymi płytkami PCB z układami sterującymi. Szczegółowe rozwiązania techniczne zależą wyłącznie od producenta serwera.
Magistrala systemowa tworzy system kilkuset, a nawet kilku tysięcy odseparowanych od siebie połączeń przenoszących sygnały między modułami blade instalowanymi w obudowie, a modułami komunikacji i zasilaczami. Co ważne, do magistrali systemu blade nie jest przypisany żaden protokół komunikacyjny. O jej funkcjonalności decydują wyłącznie interfejsy urządzeń, które zostały w danej chwili do niej przyłączone. Oczywiście wszystkie moduły instalowane w systemach blade są przystosowane do ich wymiany w trakcie działania urządzenia (tzw. system hot-swap), dzięki czemu uzyskuje się znacznie większą niezawodność dla całego systemu.
Niestety, największym problemem dotyczącym architektury serwerów kasetowych jest brak jednorodnych standardów. Na rynku dostępnych jest obecnie 17 różnych architektur. Każdy producent stosuje własne rozwiązania technologiczne niekompatybilne z innymi. Problemem jest też to, że nowe modele obudów tego samego producenta bywają niekompatybilne ze starszymi konstrukcjami, co utrudnia modernizację używanego w firmie systemu.
Zastosowania serwerów blade
Serwery typu blade zostały zaprojektowane przede wszystkim na potrzeby firm świadczących usługi internetowe. Pomagają one bowiem bardzo łatwo dostosować operatorowi oferowaną moc i funkcjonalność do potrzeb klientów, a także w chwili zwiększenia na nią zapotrzebowania na szybką i stosunkowo tanią rozbudowę infrastruktury. Obecnie z zalet elastycznej, uniwersalnej architektury systemów blade korzystają nie tylko internetowi usługodawcy, ale również wiele korporacji i firm średniej wielkości.
Praktycznie serwery kasetowe można wykorzystywać do obsługi tych samych aplikacji, co tradycyjne serwery montowane w szafach stelażowych. W szczególności architektura ta nadaje się do budowy systemów wieloserwerowych i klastrowych. Zarówno serwery kasetowe, jak i rackowe, bardzo często są zwirtualizowane i obsługują jednocześnie wiele różnych serwisów oraz stron WWW. Są w stanie obsłużyć od kilkuset do nawet kilkunastu tysięcy użytkowników.
Maksymalna pamięć w serwerze to co najmniej 16 GB, choć wiele ć maszyn może obsłużyć 32, 64 lub nawet 128 GB pamięci RAM. Montowane obecnie procesory zarówno w serwerach rack, jak i serwerach kasetowych, działają z podobnymi szybkościami, jak w serwerach wolnostojących (są to szybkości rzędu 2–2,5 GHz). Rzadko stosuje się najszybsze procesory działające z szybkością3 GHz ze względu na wyższe zużycie energii.
Nic nie stoi na przeszkodzie, aby wykorzystywać na systemach blade popularne aplikacje i systemy operacyjne takich firm, jak Microsoft, SAP, Oracle, VMware oraz korzystać ze środowiska Linux. Pod względem funkcjonalnym widzianym z punktu widzenia systemu operacyjnego i środowiska programistycznego serwery kasetowe odpowiadają tradycyjnym serwerom montowanym w szafach rack. Również pod względem możliwości sprzętowych – wykorzystywane procesory, pamięci, dyski twarde, interfejsy komunikacyjne – obie kategorie sprzętu są ze sobą tożsame. Można więc tworzyć konfiguracje mieszane, gdzie w jednej firmowej infrastrukturze pracować będą zarówno serwery blade jak i serwery tradycyjne.
Jedynym odstępstwem, w którym technologia blade nie jest zalecana, to systemy złożone z rozproszonych po różnych lokalizacjach serwerów, gdzie w każdym miejscu montuje się po maksymalnie dwa, trzy serwery. Oczywiście pod względem technicznym, zastosowanie tutaj serwerów blade będzie możliwe i jak najbardziej poprawne, ale ze względu na koszty w tej sytuacji lepiej posłużyć się tradycyjnymi serwerami w obudowach rack.
Koszty zakupu i eksploatacji
W Polsce najbardziej popularne systemy blade produkowane są przez jedną z czterech firm: HP, IBM, Fujitsu-Siemens i Sun. Oczywiście dostępne są również systemy innych firm, jednak ich popularność jest nieco mniejsza. Koszt zakupu większości obudów blade zamyka się w przedziale 2,5–5 tys. dolarów, np. jedna z najprostszych w ofercie IBM obudów – BladeCenter S 88861MU z sześcioma gniazdami serwerowymi – kosztuje 2600 dolarów. Z kolei obudowa do bardzo popularnych systemów HP BladeSystem c3000 to już wydatek rzędu 5300 dolarów. Pojedynczy, najtańszy moduł serwera blade do wyżej wymienionych obudów to wydatek rzędu 1300 i 1000 dolarów – odpowiednio IBM BladeCenter HS12 80142BU z procesorem Intel Core 2 Duo E6305 1,86GHz i 2 GB pamięci RAM oraz HP ProLiant BL260c z jednostką centralną Intel Xeon Dual Core L5240 3.00 GHz i również 2 GB pamięci RAM.
Porównując zatem sumaryczne koszty zakupu z tradycyjnymi serwerami o porównywalnych możliwościach, np. IBM x3650 z procesorem E5420 2,5GHz oraz 2 GB RAM-u kosztującym 2500 dolarów, widać wyraźnie, że serwery blade zaczynają być opłacalne w chwili, gdy w obudowie zamontujemy przynajmniej trzy-cztery jednostki robocze. Wówczas znacznie niższe koszty zakupu serwera kasetowego zrównoważą początkowo duży wydatek na obudowę blade.
Podobnie mają się sprawy z kosztami eksploatacji. Zakładając, że w obu wypadkach mamy do czynienia ze zbliżoną konfiguracją sprzętową (procesory, dyski twarde, pamięć), wówczas serwery blade zużyją o około 25–30% mniej energii elektrycznej niż oddzielne serwery stelażowe. Podobnie będzie też z zajmowanym miejscem, a więc kosztami ewentualnej kolokacji. Cztery typowe serwery rackowe zajmą wysokość 8U, a serwer blade 6–7U, co już na wstępie zmniejszy koszty operacyjne związane z utrzymaniem serwera. Każdy następny moduł tę korzystną dla serwerów kasetowych proporcję jeszcze bardziej zwiększa.
Przyszłość serwerów kasetowych
Serwery blade bardzo dobrze sprawdzają się we wszystkich serwerowych zastosowaniach, Jednocześnie przy większej liczbie maszyn zaczynają być wyraźnie widoczne korzyści ekonomiczne wynikające z niższych kosztów zakupu, łatwiejszej administracji serwerami (jedno wspólne oprogramowanie zarządzające dla całej platformy) i kosztami eksploatacji dochodzącymi nawet do 30%.
Oczywiście w najnowszych systemach blade stosuje się te same zasadnicze rozwiązania technologiczne zarówno pod względem sprzętowym, jak i programowym. Takie mechanizmy, jak wirtualizacja czy zabezpieczenia przed niebezpieczeństwami pochodzącymi z sieci są w obu wypadkach dokładnie takie same. Nie ma więc mowy o tym, aby serwery blade były w jakimkolwiek stopniu niekompatybilne z tradycyjnymi serwerami pod względem programowym. Oznacza to również, że migracja na systemy blade obywa się w ten sam sposób, jak w wypadku tradycyjnych serwerów montowanych w obudowach typu rack – wykorzystuje się tu te same mechanizmy i oprogramowanie.
