OCEL001 Comércio Eletrônico Módulo 08: Data Center. Prof. Charles Christian Miers.

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1 OCEL001 Comércio Eletrônico Módulo 08: Data Center Prof. Charles Christian Miers

2 Data Centers (DC) Ambiente especializado para hospedagem de recursos computacionais Infraestrutura especializada de energia e refrigeração Preocupação com redundância, escalabilidade e segurança Fonte: 2

3 DC Redundância, Segurança e Escalabilidade Prover redundância, segurança e escalabilidade pode ser complexo Expectativa atual é de serviços 7 x 24 Exemplo de estrutura de um site de Internet Banking (anos 90) simplificado 3

4 DC Redundância, Segurança e Escalabilidade Prover redundância, segurança e escalabilidade pode ser complexo Expectativa atual é de serviços 7 x 24 Exemplo de estrutura de um site de Internet Banking (a partir de 2005) simplificado 4

5 Arquitetura Usual de um DC Rede de Dados/ Armazenamento separadas Múltiplas conexões físicas por servidor 5

6 Servidores para Data Center Servidores de rack: Altura em unidades de rack (1U, 2U, 4U) Blade servers: Gabinete com elementos compartilhados (Ex.: Fonte, ventilação, rede, etc. Maior densidade Intel SR1550ALNA 1U Rack IBM BladeCenter H (7U) 6

7 Servidores Rack x Blade Fonte: 7

8 Servidores para Data Center Google Servers: In-house servers: bateria própria, sem gabinete 8

9 DC Infraestrutura física Alta densidade computacional Alta demanda por energia e refrigeração Fonte: 9

10 DC Infraestrutura física Ex.: Google Data Center (The Dalles, Ore) Espaço ~ dois campos de futebol americano Fonte: Refrigeração (Prédios 4 andares) 10

11 DC Infraestrutura Física Ex.: Google Data Center (The Dalles, Ore) Google Represa 11

12 DC Infraestrutura Física James Bond Villain Data Center Pionen White Mountains, Estocolmo, SE Antigo Bunker nuclear, 30m abaixo da superfície Bahnhof ISP Fonte: royal.pingdom.com 12

13 Tipos de Data Center Serviços de Data Center: Empresa que provê serviços de Data Center a outras empresas Exemplo: Tivit, Telefonica, Locaweb, UOL, Diveo, etc. Privados: Uso primário: atender as necessidades da própria empresa Exemplo: Google, Microsoft, UOL, Amazon, IDC USP, etc. 13

14 Data Centers Modelos de Negócios Três principais modelos: Hospedagem de servidores (Co-Location Service Provider) Aluguel de servidores e espaço em disco (Managed Services Provider) Hospedagem de aplicações web (Application Service Provider ASP) 14

15 Recursos Computacionais e Data Centers Problemas da abordagem atual de Data Centers: Dimensionados para picos Recursos adicionais podem ser providos se máquinas adicionais ficarem ligadas. I/O consume boa parte do tempo das máquinas ligadas Green IT: Impacto ambiental desta infraestrutura 15

16 Virtualização: Contexto Capacidade de processamento aumentou consideravelmente 257 GFlop/s pico (benchmark Linpack) 11/95 = 1º do Top500 11/2007 = Aprox. 3 servidores baseados em chip Quad-Core Intel Xeon série 5400 Fonte: 16

17 Virtualização: Motivação Máquinas subutilizam os seus recursos Exemplo processador: Boa parte do tempo ficam na espera de I/O (ex.: rede, disco) Aplicações não utilizam o processador o tempo todo Uma solução para aproveitar melhor os recursos pode ser a virtualização 17

18 Virtualização: Motivação Aumento da utilização do hardware Antes de Virtualizar Depois de Virtualizar Fonte: 18

19 O que é virtualização? Conceito amplo de Virtualização: Abstração de um conjunto de recursos (computacionais e/ou de comunicação) Abstração representa recursos com características diferentes Alguns exemplos já devem ser conhecidos: VLANs (Virtual LANs): abstração segmento rede VPNs (Virtual Private Networks): abstração enlace Java Virtual Machine: abstração da plataforma de execução da aplicação RAID: abstração de armazenamento 19

20 Virtualização e Máquinas Virtuais Máquina Virtual (VM:) Hardware físico é representado por um hardware virtual Múltiplas VMs podem ser executadas na mesma máquina física VMs gerenciadas pelo Monitor de Máquinas Virtuais Função essencial: ISOLAMENTO VM 1 Aplic. 1 VM 2 Aplic. n Aplic. 1 MS Windows Server Aplic. x GNU/Linux Monitor de Máquinas Virtuais (VMM) Hardware 20

21 Virtualização: Definições Básicas Virtualização é um meio de executar múltiplos sistemas operacionais e aplicações em um mesmo equipamento Exemplo: Executar o MS-Windows Server e GNU/Linux Ubuntu em um mesmo computador 21

22 Virtualização: Definições Básicas: SO Sistemas Operacionais: 22

23 Virtualização: Definições Básicas: VMM Portas Firewire Ethernet Portas USB Monitor (VMM) CD/DVD Teclado Placa de Som Controladora SCSI Mouse Controladora SATA/IDE 23

24 Monitor de Máquinas Virtuais Monitor de Máquinas Virtuais (MMV) ou Hypervisor Executado sobre um sistema operacional ou diretamente sobre o hardware VM 1 Aplic. 1 VM 2 Aplic. n Aplic. 1 MS-Windows Server (Guest) Aplic. x GNU/Linux (SO Guest) Monitor de Máquinas Virtuais (VMM) SO Host (ex. GNU/Linux, MS-Windows, etc.) Hardware 24

25 Virtualização: Tipos de Hypervisors Classificação: 25

26 Virtualização A virtualização é uma ideia recente? 26

27 Virtualização: Origens an efficient, isolated duplicate of the real machine Communications of the ACM, vol 17, no 7, 1974, pp

28 Virtualização: Histórico 28

29 Principais Tipos de Virtualização Emulação: Máquina virtual simula um hardware com CPU diferente do hardware físico MMV precisa converter instruções SO funciona sem modificações Ex.: uma máquina virtual x86 em um computador com processador PowerPC (Virtual PC for Power Mac) Virtualização Nativa/ Full Virtualization: Máquina virtual simula um hardware com mesma CPU do hardware físico MMV precisa controlar instruções, sem convertê-las SO funciona sem modificações Ex.: Intel x86 sobre Intel x86 (VMWare, Parallels) 29

30 Tipos de Virtualização Virtualização Assistida por Hardware: Hardware auxilia no isolamento das máquinas virtuais Hardware se encarrega de partes ineficientes e/ou complexas da virtualização via software Exemplos: Processadores Intel com tecnologia VT + GNU/Linux XEN Intel VT-c + VMWare 30

31 Tipos de Virtualização Paravirtualização: Hardware auxilia no isolamento das máquinas virtuais Hardware se encarrega de partes ineficientes e/ou complexas da virtualização via software SO precisa ser desenvolvido para se acoplar ao hypervisor Exemplo: Xen Contêiner: Uso de contêiner para isolar um processo dentro do SO Exemplo: LXC, Microsoft Azure com Orleans 31

32 Hype cycle: Gartner (2010) 32

33 Usos de Máquinas virtuais Consolidação de servidores físicos: Menos máquinas físicas para gerenciar Menor $$ de infraestrutura Disaster Recovery / Manutenção: Mais fácil migrar uma máquina virtual que reinstalar um SO Ambiente de testes: Servidor físico pode ser recriado em ambiente lógico para testar novas aplicações 33

34 Infraestruturas de Virtualização Corporativa Virtualização pode trazer outros problemas à rede: Falha de uma máquina física pode derrubar vários serviços de uma única vez Se uma das VMs começar a utilizar muitos recursos, pode afetar as outras VMs Em uma rede corporativa é necessário agregar mecanismos de provisionamento, monitoração e controle 34

35 Exemplo: Solução para consolidação de servidores Ex.: VMWare vsphere + vcenter: VMs ficam todas armazenadas em um storage compartilhado pelos servidores físicos Máquinas físicas com hypervisor embutido em hardware Gerenciamento monitora as máquinas físicas VMs são migradas automaticamente se máquina física cair ou ficar sobrecarregada Pode ligar máquinas físicas e rebalancear carga das VMs, para atender picos de demanda Pode redistribuir VMs e desligar máquinas físicas, para economizar energia em períodos de pouco uso 35

36 Ex.: Solução para consolidação de Servidores Fonte: 36

37 Soluções mais populares Nome Tipo Licença QEMU Emulação LGPL/GPL VMware Full virtualization Proprietário z/vm Full virtualization Proprietário Xen Paravirtualização Apache UML Paravirtualização GPL 37

38 Exemplo de rede virtualizada 38

39 Virtualização de processos Construção de linguagem: Java,.NET Emulação através da plataforma Transição entre plataforma E.g., Apple s 68000PowerPC para Intel Virtualização da aplicação Sandboxing, mobilidade 39 39

40 Sistemas de Armazenamento 40

41 Abordagem Tradicional: Direct Attached Storage (DAS) Direct Attached Storage: Cada servidor com seu disco Ilhas de Informação Menor eficiência (espaço disponível por servidor, redundância e backup por servidor) 41

42 Rede de Armazenamento: Storage Area Network (SAN) Storage Area Network: Discos compartilhados via rede própria Maior eficiência (concentra-se redundância e espaço total de armazenamento 42

43 Exemplo de uma topologia de SAN Switch SAN Servidores Arrays de Discos (Storages) Unid. Fita Enlaces Redundantes entre Dispositivos Switch SAN 43

44 Backup em SAN Unidades de Backup conectadas diretamente na SAN Acesso direto aos discos, sem ocupar a rede de dados para o Backup 44

45 Disaster Recovery com SAN Como os dados (e mesmo o sistema operacional) podem estar nos Storages, se um servidor quebrar pode-se reinicializar o sistema em outro equipamento Especialmente quando combinado com virtualização 45

46 Escalabilidade Horizontal Se os servidores tiverem um mecanismo de redundância para uma aplicação (ex.: cluster), então a adição de novos servidores ou storages permite uma fácil escalabilidade 46

47 Fibre Channel (FC) Fibre Channel (FC) Tecnologia para uma SAN especializada para armazenamento Rápida e confiável Velocidades de 2, 4, 8, 10, 16 Gbps SAN construída com sistemas de armazenamento em disco, Host Bus Adapters (HBAs) e switches especializados 47

48 Equipamentos Fibre Channel Switches e HBAs Brocade DCX Gbps FC Switch Fonte: Brocade.com Brocade 815/825 8Gbps FC HBAs Fonte: Brocade.com HP 8/20q 8Gbps FC Switch Fonte: HP.com 48

49 Equipamentos Fibre Channel Storage Arrays: Mix de discos SATA, SAS e SSD Quantidade de portas FC no array Tipo de RAID HP P2000 (até 24TB, 2 x 8 Gbps, 24 discos 2.5 SAS) Fonte: HP.com HP P9000 XP (até 2 PB, 160 x 8 Gbps, 2048 discos 2.5 SAS) Fonte: HP.com

50 Equipamentos Fibre Channel Storage Tape Libraries Tipo de Fita (LTO-4/5, DLT, etc.) Quantidade de fitas e unidades de fita no dispositivo HP MSL Tape Library (até 2 unidades de fita, 96 cartuchos LTO, 144 TB,, interface 8 Gbps) Fonte: HP.com HP ESL G3 Tape Library (até 96 unidades de fita 5000 cartuchos LTO, 4.5 PB, interface 8 Gbps, rack 19 próprio) Fonte: HP.com

51 iscsi iscsi (SCSI over IP) SAN construída sobre com placas de rede e switches Ethernet (1/10 Gbps) tradicionais Menor custo que FC Dell Equalogic PS6500E (48 discos SATA de 2TB, 2 controladoras com 4xGbE Fonte: Dell.com 51

52 Network Attached Storage - (NAS) Um conjunto de discos que está ligado à rede local (LAN) através de Ethernet É um servidor de armazenamento especializado com seu próprio endereço IP, disponível para vários clientes e servidores Fornece os dados sob a forma de arquivos, comporta-se como um servidor de arquivos independente do resto dos servidores da rede Apenas para Armazenamento de Arquivos e NÃO para BD Exemplos: NetApp, FreeNAS, etc. 52

53 DAS x SAN x NAS Rede de Dados Serv. Arquivos Windows/Linux com DAS Serv. Arquivos MS-Windows/ GNU/Linux com SAN SAN Appliance para Serv. Arquivos (SO Próprio) Switch SAN Storage Array 53

54 Appliances Dispositivo com hardware e software dedicado para prover um serviço específico na rede HW/SW especializado/personalizado para a função Solução turn-key Facilidade de Gerenciamento Poucas possibilidades de expansão Tipicamente proprietários 54

55 Exemplos de Appliances Cisco ASA Security Appliance Mirapoint Message Appliance (servidor de ) Fontes: Mirapoint, Barracuda, Cisco 55

56 Paradas em uma infraestrutura de TI Planejadas: Atualizações, correções, manutenções em geral Não-planejadas Problemas em elementos físicos Equipamento de rede, servidor, Fonte, Disco Falta de energia Eventos Lógicos Falha em software 56

57 Disponibilidade Proporção do tempo em que o sistema está operando corretamente Refere-se a capacidade do sistema em atender os usuários sempre que eles necessitem Downtime: tempo em que o sistema está indisponível 57

58 Medida de disponibilidade Disponibilidade % Downtime/an o Downtime/mês Downtime/seman a 90% ( 1 nove") 36.5 dias 72 h 16.8 h 99% ( 2 noves") 3.65 dias 7.20 h 1.68 h 99.9% ( 3 noves") 8.76 h 43.2 min 10.1 min 99.95% 4.38 h min 5.04 min 99.99% ( 4 noves") min 4.32 min 1.01 min % ( 5 noves") 5.26 min 25.9 s 6.05 s % ("6 noves") 31.5 s 2.59 s s 58

59 Hardwares mais propensos a falhas Componentes com partes móveis Ventiladores, discos Componentes que geram muito calor Fontes Componentes muito novos Versão 1.0 de um novo hardware Componentes muito antigos Gastos 59

60 Softwares mais propensos a falhas Software recém escrito V1.0 Novos recursos disponibilizados no software Correções recentes de bugs / falhas Partes do código pouco utilizadas Código para tratamento de erros ou recuperação Recursos ainda não utilizados Código antigo funcional em um novo ambiente computacional 60

61 Infraestrutura para redundância: Data Center Data Center necessita de: UPS redundante Gerador redundante Capacidade adicional de ar-condicionado e respectiva redundância Força de duas subestações 61

62 Redundância e Alta Disponibilidade Redundância: Duplicação de um elemento da infraestrutura de TI Eliminação de pontos únicos de falhas Permite continuar o funcionamento da rede no caso de falha do componente duplicado Alta Disponibilidade / High-Availability (HA): Implementar redundância nos componentes funcionais para eliminar pontos únicos de falha Sistema que resiste a falha de componentes 62

63 Eliminação do Ponto único de falha Procurar cobrir os itens que falham mais frequentes, usando redundância Procurar depois cobrir qualquer componente, ainda que improvável Shit happens Dependendo da necessidade, procurar cobrir a falha de qualquer componente 63

64 Principais redundâncias Principais redundâncias: Enlaces Equipamentos de rede Servidores Componentes de servidores e equipamentos Exemplo: fonte, disco, etc. 64

65 Escalabilidade Vertical x Horizontal Escalabilidade Vertical: Aumento de recursos do sistema através de upgrades no hardware existente ou substituição do hardware existem por outro de maior capacidade Escalabilidade Horizontal: Aumento de servidores para atender a demanda (novos servidores trabalhando em paralelo com servidores antigos) Exemplo: clusters e nuvens computacionais Software de provisionamento deve tratar o paralelismo Como benefício auxiliar, há um aumento de disponibilidade 65

66 OCEL001 Comércio Eletrônico 66

67 Leitura Recomendada: IQBAL, M. IT virtualization best practices a lean, green virtualized data center approach. Ketchum, ID: MC Press Online, KUSNETZKY, D. Virtualization: A Manager s Guide. 1 edition ed. O Reilly Media, OCEL001 Comércio Eletrônico 67

68 Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Atribuição-Compartilhamento pela mesma licença 2.0 OCEL001 Comércio Eletrônico 68

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