Беглый обзор IBM Power Systems
Год назад, как участник академ. программы IBM, я прослушал курс IBM AIX 6 Jumpstart for UNIX Professionals в московском офисе IBM. Инструктор осветил большинство тем, чтобы опытный администратор Linux или UNIX сел за AIX и стал работать, а также рассказал основные положения линейки серверов IBM Power Systems. Как оказалось, это довольно интересные системы Enterprise уровня, которые предоставляют цельные бизнес системы, включающие в себя встроенные средства виртуализации, мониторинга, диагностики и т.д., которые поддерживаются и со стороны операционной системы.
Я не претендую на исчерпывающее описание архитектуры, статья — скорее экскурс в технологию, для общего развития.
И так, как я уже сказал, System P — это линейка серверов IBM, построенных на базе процессоров Power (RISC архитектура). Основное назначение — сервера приложений для бизнес систем: сервера баз данных, корпоративная переписка (например, Lotus) и разное middleware (промежуточное ПО) типа WebSphere.
На Power серверах работают 3 операционные системы: родной AIX, IBM i и, конечно же, Linux.
AIX — один из древнейших UNIX’ов, известен своей надежность, стабильностью, гибкостью и простоте управления (в основном это достигается благодаря SMIT — консольному конфигуратору системы, при помощи которого можно сделать очень много всего, не заморачиваясь с опциями командной строки). Меня поверг в шок при изучении этой системы тот факт, что на нее ставятся RPM пакеты из Linux! Под своей архитектурой, конечно, но все же. Не составило труда поставить на AIX родной mc: скачал RPM пакет для архитектуры ppc, скачал зависимости, и известной линуксоидам командой RPM я это все поставил.
IBM i — отдельная операционная система, которая мало похожа на всем известные семейства. Я о ней еще мало знаю, но друзья из банка, которые обслуживают AS/400 с IBM i, отзываются о ней как об одной из самых производительных операционок для СУБД DB2.
Linux для Power официально поддерживается только от двух производителей: RedHat, с их RHEL, и Novell, с их SLES. Сколько не искал табличку с описанием функций System P, которые не поддерживаются Linux, так и не нашел, но знаю, что такие есть. Например, очень не приятен тот факт, что ext3, в отличие от JFS2 из AIX, не поддерживает уменьшение размера раздела без отмонтирования, поэтому операции с уменьшением LVM раздела ведут к простою каких-либо сервисов.
Основные технологические «фишки» System P, выделяющие эту линейку из всего многообразия: развитый гипервизор, «ресурсы по запросу», гибкость и мобильность при построении и изменении инфраструктуры, эффективность потребления энергии, поддержка кластеризации для обеспечения высокой готовности. Цены, конечно, на первый взгляд кусаются, но в конечном итоге все перечисленные выше характеристики и технологии полностью окупают первоначальные затраты. Теперь по порядку:
Средства виртуализации
Это, наверное, самая интересная часть: в Power системах все операционки работают в виртуальных средах на базе гипервизора. Т.е. сервер может содержать несколько изолированных друг от друга «гостей», работающих одновременно, и разделяющих ресурсы. Каждый логический (виртуальный сервер) называется LPAR (Logical Partition Access Resources), в который и устанавливается операционная система. Максимальное количество LPAR на сервере зависит от количества процессоров и памяти: на один процессор можно создать максимум 10 LPAR, выделив на каждый LPAR минимальную долю в 0.1 часть ресурсов процессора и минимум по 256 Мб оперативной памяти. Теоретическое ограничение тоже есть: на 795 модели (последняя в линейке) можно создать максимум 254 LPAR. Таким образом можно оптимизировать нагрузку на сервера, поделив процессорный пул на виртуальные сервера, т.е. какому-то LPAR дать 0.5 процессора, а более нагруженному — 1.2.
Так же каждому LPAR выделяется дисковое пространство и сетевые карты. Этим занимается специальные сервер, который называется VIOS (Virtual I/O Server). Он консолидирует ресурсы: сетевые карты, дисковое пространство SAN или локальных дисков, и, согласно настройкам пользователя, отдает это все виртуальным машинам.
Но самое приятное предоставляет технология DLPAR (Dynamic Logical Partitioning): она позволяет динамически без остановки системы изменять количество ресурсов (доли процессора, память, интерфейсы ввода/вывода), выделенные для LPAR. Т.е. если я посмотрел на загрузку партиций и увидел, что одна в среднем использует 90% ресурсов, а другая 30%, я могу смело без остановки системы откусить ресурсов от второй партиции и отдать эти ресурсы первой.
Все управление гипервизором сваливается на одну из двух систем: IVM (Integrated Virtualization Manager) или HMC (Hardware Management Console). IVM идет в пакете к VIOS, и предоставляет удобный веб интерфейс для управления всем сервером. HMC — это уже отдельная машина с урезанной версией linux, которая потребуется для управления несколькими серверами. Тоже имеет удобный веб интерфейс и все сервера можно управлять прямо здесь. Веб интерфейс, конечно, можно и променять на консоль, система предоставляет оба варианта.
Ресурсы по запросу
Это скорее не фишка самой железяки, а фишка лицензирования. Она позволяет купить сервер с большИм количеством ресурсов, оставив некоторые неактивными, и заплатив за них только часть их стоимости, а затем, когда сервера уже будет не хватать, можно доплатить IBM за активацию и добавить необходимые ресурсы. Можно и не активировать все ресурсы на постоянной основе: можно активировать их на время и заплатить поминутно за использованные ресурсы. Это позволяет добавить ресурсов в моменты пиковых нагрузок, и не платить за них, когда сервер сравнительно простаивает.
Еще один довольно приятный момент: если, например, рабочий процессор выходит из строя, и есть не активированный процессор, то рабочий выключается, а неактивный включается, без доплат.
Мобильность
При построении инфраструктуры можно использовать версию PowerVM Enterprise Edition. Основная ее функция: Live Partition Mobility. Эта технология позволяет серверам пересылать друг другу LPAR’ы без их отключения даже при нагрузке. Конечно, желательно использовать быстрые каналы, SAN массивы и т.д., чтобы это все было быстро и клиенты этого даже не заметили. В IBM нам показывали как это происходит: загруженный LPAR за считанные секунды «переехал» из одного корпуса в другой, и начал там работать.
Однажды со студентами проводили эксперимент на виртуалбоксе: брали виртуальную машину и по локалке пытались переслать виртуальную машину на другой компьютер. Тогда эта функция была новой, только появилась в виртуалбоксе, и самое интересное, что она работала. Правда, как потом оказалось, только если виртуальная машина не нагружена. Стоило мне нагрузить ее — гипервизор выполнял 10 итераций и загинался с ошибкой. Само собой, 100 мегабитная локалка и общий storage в виде SMB ресурса в классе не сравнится с SAN массивом и 10ти гигабитной оптикой IBM, но попробовать стоило.
Эффективность потребления энергии
Сервера Power имеют встроенные системы управления энергопотреблением и охлаждением, которые помогают сэкономить энергию и снизить затраты, обеспечивают лучшую производительность в пересчете на ватт, а продукт Advanced POWER Virtualization позволяет консолидировать не полностью загруженные сервера, напрасно расходующие электроэнергию. Кроме того, технология EnergyScale может обеспечить уникальные возможности в управлении питанием. Эти функции позволяют пользователям измерять мощность, потребляемую компонентами системы, и настраивать политики так, чтобы работа серверной среды была эффективной с точки зрения потребления энергии.
Высокая готовность
Сервера на базе Power можно собирать в кластера, обеспечивая высокую доступность и кластерную мультиобработку. Такую технологию назвали PowerHA. Решение PowerHA обеспечивает автоматическое обнаружение сбоев, диагностику, восстановление приложений и реинтеграцию узлов. Вместе с соответствующей программной поддержкой, PowerHA может обеспечивать одновременный доступ к данным для приложений параллельной обработки, предлагая таким образом отличную масштабируемость.
Вывод: сервера на базе процессоров POWER обладают очень интересными технологическими инновациями и позволяют построить очень гибкую и устойчивую инфраструктуру.
История компании IBM
IBM — один из крупнейших в мире производителей и поставщиков железа и программного обеспечения. Компания существует больше сотни лет, на протяжении всего этого периода она возглавляла технологический прогресс. Во многом благодаря ей у нас есть карты с магнитной полосой, жёсткие диски и персональные компьютеры.
Мы поговорим о противовоздушной обороне США, первом программируемом компьютере, альтернативном использовании производственных мощностей (для выпуска винтовок), первых массовых IBM PC, линейке ноутбуков ThinkPad и изобретениях, которые на долгие годы вошли в нашу жизнь.
У истоков IBM стоял Герман Холлерит, американский изобретатель. Он родился в семье немецких эмигрантов, окончил Горную школу при Колумбийском университете, стал ассистентом профессора У. Трубриджа в Колумбийском, а затем ассистировал его же в бюро по переписи населения. В 1880-е годы Холлерит разработал и запатентовал оборудование для работы с перфокартами, которые с начала 1700-х годов использовались в ткацких станках, а с 1822 года их применял в разностной машине Чарльз Бэббидж.
Изобретение электрической табулирующей системы позволило Холлериту ускорить процесс подсчёта результатов переписи населения. Если на подсчёт в 1880-м году потратили восемь лет, то в 1890, благодаря табулятору, у бюро ушёл на это один год. После переписи в США Холлерит получил звание профессора в Колумбийском университете. В течение последующих лет его изобретение использовали для проведения переписей в нескольких странах, включая Австрию, Канаду, Италию и Францию. Понимая потенциал своего изобретения, Холлерит в 1896 году открывает компанию Tabulating Machine Company. Свои машины TMC продаёт железнодорожным компаниям, правительственным учреждениям, ведёт международную торговлю.
В России до конца XIX века не было точных данных о населении. Эти цифры важны для государства как минимум для того, чтобы рассчитать количество военнообязанных граждан, а также для решения массы других вопросов управления страной.
В августе 1895 года директор Центра статистического комитета Н. А. Тройницкий в Берне на сессии Международного Статистического института представил коллегам Положение о всеобщей переписи в России, запланированной на 1897 год. На этой сессии выступал и Холлерит. Через год после этой встречи Холлерита пригласили в Россию на подписание контракта и проведение переписи. Компания Tabulating Machine Company, которую Холлерит открыл в 1896 году, предоставила России 35 использованных ранее машин в аренду и продала 70 табуляторов с сортировальными машинами и 500 перфораторов. Чтобы сократить затраты на перевозку оборудования, часть деталей производились на месте, в Петербурге.
Полный комплект состоял из одного табулятора, который суммировал одноименные признаки, тридцати перфораторов для подготовки перфокарт, двух сортировальных машин для группировки карт. Переписные листы отправлялись в штаб, в данном случае в Центр статистического контроля Российской Империи. Здесь работали более двух с половиной тысяч человек в нескольких отделениях. В разметочном напротив ответов ставили шифр признака, в проверочном — проверяли, не возникло ли ошибки, а в пробойном переносили шифры на перфокарты, каждая из которых соответствовала одному человеку. Последнее отделение, машинное, производило подсчёты с помощью табуляторов и сортировальных машин. Здесь подсчитывали итоги и группировали перфокарты. К сожалению, в России перепись заняла восемь лет по причине халатности некоторых людей, отвечавших за процесс.
Последний табулятор, который использовался при проведении переписи в Российской Империи. Фото: Политехнический музей
В 1901 году параллельно с TMC в США открыли Computing Scale Company, производившую весы. Эти весы упрощали продавцам жизнь, позволяя быстро подсчитать стоимость товара. Третьим «столпом» корпорации стала International Time Recording Company, производитель систем учёта рабочего времени.
Все три компании были объединены 16 июня 1911 года в Computing Tabulating Recording. Она продавала весы, приборы учёта рабочего времени, перфораторы для разметки перфокарт. Ответственным за слияние был американский бизнесмен Чарльз Рэнлетт Флинт. Он купил TMC за 2,3 миллиона американских долларов, из которых Герман Холлерит получил 1,2 миллиона.
В 1914 году в должность генерального директора вступил Томас Уотсон, и компания начала специализироваться только на больших табуляционных машинах.
Слоганом компании стало слово «Think». За четыре годы работы Уотсона доходы компании увеличились вдвое и достигли 9 миллиардов долларов. Компания активно работала с Европой, Южной Америкой, Азией и Австралией. В 1924 году происходит очередное переименование компании — CTR меняет название на International Business Machines. Ассортимент при этом расширяется, но главным продуктом на долгие годы остаются электрические табуляторы. Их компания производила и продавала до 1976 года. Табуляторы IBM использовали и в СССР.
Технологический гигант IBM стоял у истоков персональных компьютеров. Началось всё, конечно, не с ноутбуков ThinkPad, а c Mark I. Этот компьютер считается первым американским программируемым компьютером. Его построили в 1941 году. Разработчики во главе с капитаном 2-го ранга ВМФ США Говардом Эйкеном, инженером IBM, использовали наработки Чарльза Бэббиджа.
Компьютер, собранный из 765 000 деталей, достигает в длину 17 метров, его высота — 2,5 метра. Весит машина 4,5 тонн. Инженеры использовали 800 километров проводов. Каждую секунду машина могла выполнить три операции сложения или вычитания. Умножение занимало 6 секунд деление — 15,3 секунды. Огромная машина заменяла собой двадцать операторов с арифмометрами.
Чтобы исправить положение, в 1950 году ВВС США заключили контракт с Массачуссетским технологическим институтом на проведение исследований в области противовоздушной обороны и разработку прототипа системы. Результатом работы стала система SAGE (Semi-Automatic Ground Environment), что значит «полуавтоматическая наземная среда».
Основой системы стали компьютеры AN/FSQ-7, или XD-1. Их производство взяла на себя компания IBM, заработав за срок реализации проекта 500 миллионов долларов. В проекте были заняты до 8 000 сотрудников, то есть 25% всей рабочей силы компании. Хотя в IBM могли бы работать и над программным обеспечением, за это компания не взялась: попросту было неясно, куда после окончания проекта можно было деть 2 000 программистов.
Системой управляли до 100 операторов, всего по стране разместили до 24 штабов. На экраны выводились оцифрованные данные, с которыми оператор работал с помощью светового пера. Машина XD-1 весила 250 тонн, потребляла 3 мегаватта электроэнергии и имела в конструкции 49 000 ламп. Каждую секунду компьютер XD-1 выполнял до 75 тысяч операций, что в десятки раз выше аналогов того времени.
Система SAGE проработала до 1983 года.
В 1956 года в должность главы IBM вступил сын Томаса Уотсона — Томас-Уотсон младший. Компания сфокусировалась на разработке и производстве компьютеров и программного обеспечения. Команда под руководством Джона Бэкуса в период с 1954 по 1957 годы разработала первый в мире язык программирования высокого уровня, имеющий транслятор и в дальнейшем получивший развитие вплоть до сегодняшнего дня — FORTRAN. Этот язык помог компании увеличить продажи компьютеров: он сделал работу с ними более «дружественной» для пользователей.
Первый стандарт языка был разработан в 1966 году иполучил название Fortran 66. В 1977 году вышел стандарт Fortran 77. В 1991 году появился Fortran 90. Fortran 95 создан в 1997 году. На сегодня последняя версия стандарта языка — Fortran 2008.
Перфокарта для языка FORTRAN
Первый жёсткий диск выпустила IBM в 1956 году. Дисковое хранилище IBM 350 на 5 миллионов 6-битных символов (около 3,75 Мб, если считать в 8-битных) было компонентом компьютера IBM 305 RAMAC. Внутри хранилища — 50 дисков по 24 дюйма в диаметре (610 мм) с сотней поверхностей для записи.
Этот коммерческий компьютер обходился в 1957 году в 3 200 долларов в месяц. Сегодня это около 28 000 долларов.
XD-1, которые IBM производила для системы SAGE, не были разработкой компании — те компьютеры сделали в МТИ. К 1959 году IBM сделала собственные компьютеры на транзисторах, которые ВВС США уже могли использовать в системе раннего оповещения ПВО.
7 апреля 1964 года IBM представила «массовую» линейку мейнфреймов для бизнеса IBM System/360, которая содержала несколько систем с разным уровнем производительности, разным размером и, соответственно, разной доступностью в плане стоимости. На разработку System/360 компания потратила 5 миллиардов американских долларов. С учётом инфляции на 2016 год это примерно 39,66 миллиардов.
IBM/360 была первой 32-разрядной компьютерной системой. Старшие модели линейки были одними из первых компьютеров с виртуальной памятью.
В качестве накопителей система использует магнитные диски (IBM 2311 и IBM 2314), ячейки данных (IBM 2321), накопители на магнитных лентах, имела устройства для работы с бумажными лентами.
Накопитель на магнитных дисках IBM 2311
Накопитель на ячейках данных IBM 2321
В 2016 году, спустя 52 года после запуска линейки System/360, IBM продолжает выпускать совместимые с ними мейнфреймы — линейку IBM System z.
В сентябре 1975 года IBM выпустила портативный персональный компьютер 5100. Он работал на процессора IBM PALM с тактовой частотой 1,9 МГц, был оснащен от 16 Кб до 64 Кб оперативной и от 32 Кб до 64 Кб постоянной памяти. Эта профессиональная машина стоила около 20 000 долларов, что в переводе на деньги 2016 года составляет 91 420 долларов. Это решение подходило только для крупного бизнеса.
В 1981 году IBM запустила линейку IBM PC. Компьютер был построен на процессоре Intel 8088 с тактовой частотой 4,77 МГц, имел от 16 до 256 КБ памяти, до двух флоппи-дисководах на дискетах 5 1/4 дюйма и работал на операционной системе DOS от компании Microsoft.
Важным отличием от IBM 5100 стала ценовая политика. Теперь компьютер стал массовым, доступным (относительно): он обошёлся бы всего в 3 005 долларов в топовой конфигурации. На 2016 год это около 8 130 долларов. Бюджетная модель, «домашняя», с 16 Кб оперативной памяти, стоила 1 565 долларов, это около 4 200 долларов на сегодня.
В начале 1980-х годов компании было важно не упустить момент создания рынка персональных компьютеров, выйти на него с конкурентоспособными продуктами. Если в мейнфреймах компании равных не было, то на рынке персональных компьютеров уже были Commodore PET, Atari, Apple II и Radio Shack TRS-80.
К 1988 году было произведено 25 миллионов IBM-совместимых ПК, из них 15 миллионов выпустила IBM.
В 1992 году компания запустила ещё одну знаковую линейку продуктов: ноутбуки ThinkPad. Дизайн ноутбуков разрабатывал Ричард Саппер, который консультировал компанию по вопросам промышленного дизайна с 1980 года. Серые машины перевоплотились в элегантные чёрные минималистические корпуса. Саппер создал знаменитый трекпойнт для управления курсором — красную кнопку посредине клавиатуры, ставшую визитной карточкой линейки.
ThinkPad 700c для IBM, 1992 год
Модифицированная модель ThinkPad 750 использовалась НАСА для работы в космосе. Сейчас их заменили Lenovo ThinkPad T61P.
ThinkPad X1 для Lenovo, 2012 год
Часть изобретений, сделанных в лабораториях IBM, для нас являются обыденностью. Например, магнитная полоса на пластиковых картах.
Штрих-коды и перфорация никогда не отличались надёжностью, и для банковских карт было в 1960-е годы было необходимо придумать особенный способ хранения данных. Инженер IBM Форрест Перри решил попробовать приклеить магнитную полосу на карту. Она разорвалась. По легенде, жена подсказала ему попробовать вплавить полосу в пластик.
Сейчас производство карт с магнитной полосой выглядит следующим образом: печатается пластиковая основа — обе стороны карты накрывают двумя листами ламината, закрепляют на поверхности магнитную полосу и укладывают в термопресс, в котором этот сэндвич обрабатывается при температуре 160 градусов.
Сегодня все банковские карты имеют магнитную ленту, хотя всё чаще начинают использовать чипы и NFC. Магнитный слой карты содержит три полосы. Ранее на третьем треке хранился пин-код для работы карты в банкоматах, не имеющих доступа к сети. Теперь используются только два.
Первый прототип карты с магнитной полосой
Ещё одно изобретение, которое на долгие годы вошло в мир информационных технологий — дискета. Магнитные ленты в бобинах были хорошим накопителем, но имели один большой недостаток: скорость низкая из-за последовательного доступа к данным. В 1960-е годы команда Алана Шугарта в лаборатории IBM пыталась исправить этот недостаток.
Старший инженер Дэвид Нобль в 1967 году предложил использовать гибкий магнитный диск, помещённый в защитный кожух. В 1971 году компания представила первую 8-дюймовую дискету на 80 килобайт и дисковод для неё. В том же году Шугарт ушёл из компании и основал Shugart Technology, после чего присоединился к разработки мини-флоппи дисков.
Оператор ЭВМ использует 8-дюймовую дискету
IBM продолжают работать над методами хранения информации, которые, как кажется простому потребителю, канули в Лету. Многие люди никогда не видели и не держали в руках аудиокассеты и видеокассеты, а многие уже забыли, как они выглядят. При этом для бизнеса и исследовательских центров до сих пор магнитные ленты имеют огромное значение.
Для хранения результатов работы Большого адронного коллайдера ЦЕРН использует магнитную ленту. Облака с магнитными лентами совмещает НАСА и телеканал Discovery. IBM улучшает форматы, и в 2015 году учёные смогли записать данные на магнитную ленту с эффективностью в 123 миллиарда бит на квадратный дюйм. Это выше существующего с 2012 года формата LTO-6, по которому можно записать 2,5 ТБ данных на плёнку среднего класса.
В 2012 году IBM совместно с Fujifilm начали разработку опытных образцов кассет размерами 10х10х2 сантиметра, способных хранить до 35 терабайт данных каждая.
В лабораториях компании продолжают работать над различными вопросами, которые способны повлиять на будущее человечества. Например, над искусственным интеллектом. Одним из самых известных проектов в этой области стал IBM Watson — когнитивная система, понимающая, делающая выводы и способная обучаться. В 2011 году суперкомпьютер Watson играл в шоу Jeopardy, российский аналог которого — «Своя игра».
Использование системы может быть самое разное — от помощи в поиске подарка на праздники до постановки диагноза и консультаций по лечению для онкологов. Да, и ещё IBM Watson придумывает рецепты блюд.
Если говорить о суперкомпьютерах, то на 2016 год IBM с Sequoia и Mira занимает в ТОП-10 четвёртую и шестую позиции.
В 2005 году компания Lenovo купила за 1,25 миллиарда долларов у IBM подразделение по производству персональных ПК и стала третьей по величине компанией на этом рынке. В 2012 году Lenovo заняла первое место по поставкам персональных компьютеров благодаря покупке компьютерного бизнеса IBM. В сентябре 2014 года IBM продала бизнес по производству x86-серверов.
Компания разработала жёсткие диски, дискеты, банковские карты с магнитной полосой, компьютеры, суперкомпьютеры. Большинство наших компьютеров сегодня были созданы благодаря IBM. То же касается и ноутбуков. Зачем компания продала часть своих «железных» подразделений?
IBM стала уходить от «железа» в сторону консалтинга. В 2002 году IBM купила консалтинговое подразделение аудиторской компании PricewaterhouseCoopers, потратив на это 3,5 миллиарда долларов. Сегодня этот бизнес приносит более половины дохода компании.
