Центры обработки данных в системе высшего образования

Руководители центров обработки данных (ЦОД) в колледжах и университетах, как и их коллеги из коммерческих организаций, стремятся сократить расходы и одновременно с этим удовлетворить растущий спрос на вычислительные ресурсы. Однако в высших учебных заведениях центры обработки данных сталкиваются с уникальной проблемой: им приходится балансировать между диаметрально противоположными требованиями двух групп пользователей — ученых, стремящихся к непрерывному расширению возможностей вычислительной инфраструктуры, и системных администраторов, коим нужна надежность и предсказуемость вычислительных систем. Ученые, ведущие исследования в таких сложных областях, как биоинформатика, моделирование атмосферных процессов или расшифровка генетических алгоритмов, создают большую нагрузку на вычислительные инфраструктуры. "Сколько ни дай ресурсов ученому, он израсходует их все без остатка", — утверждают Джерри Маккартни (Gerry McCartney), вице-президент по информационным технологиям и главный технический директор университета Purdue, и Ольга Эстерле (Olga Oesterle), профессор этого вуза, который относится к числу ведущих учебных и исследовательских учреждений США. В университете Purdue обучаются 40.000 студентов, а его профессорско-преподавательский штат составляет 15.000 человек.

Требования ученых к вычислительным ресурсам бывают совершенно непредсказуемыми. Они зависят от наличия или отсутствия грантов на проведение исследовательских работ и от необходимости открытия новых исследовательских направлений, продиктованных результатами экспериментов. В любом случае эти требования сфокусированы не столько на доступности систем, сколько на вычислительной мощности. "Ученые знают, что мы буквально из кожи вон лезем, чтобы удовлетворить их требования, и понимают, что ученый, находящийся на самом острие современной науки, иногда может и порезаться", — говорит Дерек Массет (Derek Masseth), старший директор по инфраструктурным услугам из университета штата Аризона, ведущего американского учебного и исследовательского центра, где учатся 38 тысяч студентов и работают более 14 тысяч сотрудников.

Работающие же в университетах системные администраторы требуют прямо противоположного. Функции управления учебными курсами и ресурсами предприятия (ERP), потоковая передача учебных видеоматериалов, обслуживание студентов и управление внутренним хозяйством университета предъявляют к вычислительным системам четкие, легко предсказуемые требования. "Здесь главное — постоянная доступность систем. Ресурсы должны гарантированно доставляться туда, где они нужны в данный момент", — говорит Джерри Маккартни. Это значит, добавляет Дерек Массет, что ИТ-менеджеры должны не спать по ночам: "Если студенты не получают какую-то услугу, или происходит сбой в системе управления учебным курсом, или система ERP начинает работать слишком медленно, это оказывает негативное влияние на тысячи пользователей и сокращает наши доходы либо сразу, либо в долгосрочной перспективе. Администрация вузов требует от нас доступности ресурсов 24 часа в сутки 7 дней в неделю".

Растущие разнонаправленные требования обеих групп пользователей заставляют университетские центры обработки данных переходить на "облачные" вычисления и сервисно-ориентированную архитектуру. С этой целью в университетах США внедряется технология 10 Gigabit Ethernet, способная поддержать виртуализацию любого инфраструктурного уровня с помощью унифицированной матрицы коммутации и целого ряда унифицированных информационно-коммуникационных стратегий: унифицированных сетей, серверов, систем хранения и т.д.

Причины такой миграции в вузах не отличаются от тех, что действуют в любой коммерческой организации, разве что в университетах эти причины порой приобретают особую остроту. "Сокращение расходов — одна из приоритетных задач в системе образования, — напоминает Питер Браско (Peter Brusco), директор ИТ-отдела австралийского университета Deakin (в четырех городках этого университета, расположенного в Мельбурне и его окрестностях, учатся 34.000 студентов и работают 2.600 сотрудников). — В то же время спрос на услуги быстро растет, из-за чего нам приходится внедрять все больше приложений и поддерживать постоянно расширяющуюся инфраструктуру".

Требования любой группы пользователей в той или иной степени включают и "исследовательский", и "административный" подход, поэтому для центра обработки данных невозможно создать универсальное решение. Каждый шаг по модернизации или строительству ЦОД предпринимается в интересах либо исследователей", либо системных администраторов. В университете Purdue важнейшим двигателем модернизации ЦОД выступают ученые. В связи с этим недавно этот вуз приобрел коммутаторы Cisco Nexus для 10-гигабитного исследовательского серверного кластера, состоящего из 1280 узлов. Эта структура получила название "кластер Коутса" (Coates Cluster) по имени бывшего руководителя кафедры электрической инженерии университета Purdue.

Раньше разные подразделения университета не согласовывали между собой получение грантов и приобретение на них необходимого оборудования. В результате возникли не связанные между собой "островки" вычислительной техники, рассредоточенные по всей университетской территории. "Ученые получали грант и использовали его на строительство собственного кластера, адаптированного под свои задачи, — рассказывает Джерри Маккартни. — Это ужасно неэффективный подход. Наш ЦОД загружен на 95 процентов, а ресурсы, установленные на кафедрах и в лабораториях, — лишь на 35 процентов. Эти системы обходятся нам очень дорого и отнимают у ИТ-специалистов уйму времени". По словам Маккартни, несмотря на все попытки консолидации, в университете Purdue работают более 60 независимых центров обработки данных. При этом, говорит он, "установленные в помещениях системы общего назначения, отвечающие за отопление, вентиляцию и кондиционирование, не могут эффективно отводить тепло от вычислительной техники. Для нее приходится выделять особые залы со специализированными системами охлаждения, работающими круглые сутки. Охлаждение изолированных залов стоит намного дороже охлаждения единого ЦОД".

Сокращение расхода энергии на охлаждение серверов и другого оборудования может стать важной частью "зеленых" инициатив, реализуемых сегодня практически в каждом высшем учебном заведении США. После строительства<кластера Коутса>выделение вычислительных мощностей для научных исследований в университете Purdue превратилось в базовую услугу. "Ученые стали более эффективно использовать гранты на проведение научных исследований — сегодня им нужно приобретать только серверы, — отмечает Маккартни. — Мы предоставляем все остальное: Интернет, матрицу коммутации, прочие системы, стабильное электропитание, системы охлаждения и услуги технической поддержки. В результате ИТ-отдел тоже экономит немалые средства. Такой подход выгоден всем участникам процесса".

Помимо 60-процентного роста производительности, которое дал исследователям этот подход, у него есть еще одно важное преимущество: высокая скорость развертывания. "Раньше, — говорит Джерри Маккартни, — строительство кластера напоминало строительство нового амбара с той только разницей, что при строительстве кластера возникало куда больше неразберихи. При создании же "кластера Стила" (Steele Cluster) с помощью пары сотен добровольцев мы быстро распаковали и установили более 800 серверов и уже через четыре часа запустили на них первое исследовательское приложение".

В университете штата Аризона на одной физической хост-машине работает в среднем 20 виртуальных серверов, использующих унифицированную матрицу коммутаторов Cisco Nexus для конвергенции вычислительных сетей и сетей хранения в модернизированном центре обработки данных. В этом университете виртуализация проводилась, главным образом, для удовлетворения административных требований. Ожидается, что виртуализация поможет этому вузу наполовину сократить стоимость инфраструктуры и за два года сэкономить 1,2 млн долларов США. Кроме того, виртуализация резко повышает доступность систем. "В качестве обоснования виртуализации можно привести такие факторы, как повышение доступности, рост отказоустойчивости и более быстрое аварийное восстановление, — утверждает Джерри Маккартни. — Виртуализация вселяет в вас уверенность, а это очень нравится системным администраторам".

Новый ЦОД с унифицированной средой вычислений Cisco UCS, построенный в австралийском университете Deakin, не только сократил сроки доставки услуг с нескольких месяцев до нескольких часов и даже минут, но и увеличил надежность систем, позволив значительно усовершенствовать функции аварийного восстановления. "Мы работаем в четырех университетских городках, раскинувшихся вдоль 300-километрового побережья на юго-западе штата Виктория, — рассказывает Питер Браско. — От этого проекта мы рассчитываем получить экономию, позволяющую развернуть в высшей степени надежную систему аварийного восстановления, которую раньше мы просто не могли себе позволить. Теперь же система аварийного восстановления мирового класса обойдется нам практически бесплатно".

Как это часто бывает с информационными технологиями, самые сложные препятствия возникают не в технологической, а в социально-политической области. Переход к сервисно-ориентированной архитектуре и "облачным" вычислениям означает появление множества технологий, ломающих привычный порядок вещей. При этом ИТ-директор не может не понимать, что "ломаться" будут, прежде всего, человеческие отношения и связи. Поэтому одна из главных задач при модернизации старых и строительстве новых центров обработки данных состоит в обучении кадров. Как бы странно это ни звучало, даже в высших учебных заведениях в этой области могут возникнуть проблемы. Вот что говорит по этому поводу Джин Керн (Gene Kern), исполнительный вице-президент и главный технический директор консалтинговой фирмы WAKE Technology Services, Inc., активно работающей с вузами: "В университетах — особенно, небольших — труднее всего выбить бюджет на обучение ИТ-персонала. Хуже всего финансируется участие ИТ-специалистов в ежегодных отраслевых форумах, где можно обменяться опытом с коллегами и больше узнать о новых технологиях".

Джерри Маккартни из университета Purdue подчеркивает необходимость формирования чувства принадлежности к определенному сообществу, как немаловажного условия успешной модернизации и строительства центров обработки данных: "Когда мы строим кластеры для сообществ (например, кластеры Коутса и Стила), мы можем показать клиентам значение информационных технологий для их будущего, вовлекая их в процесс строительства. Это помогает и ИТ-специалистам, и любому технически подкованному человеку понять значение эффективного управления проектом и в конечном итоге позволяет нам действовать намного слаженнее".

Таким образом, успех центра обработки данных во многом зависит от способности ИТ-директора объяснить людям, какую пользу принесут грядущие изменения штатов и процессов, и продемонстрировать эту пользу на самых ранних этапах проекта. "Не бойтесь показаться сумасшедшим — а именно так поначалу будут к вам относиться сотрудники, — говорит Дерек Массет из университета штата Аризона. — Ломка привычных процессов в крупном центре обработки данных создаст для ваших специалистов большие проблемы. Держите глаза открытыми, постарайтесь понять, как перемены повлияют на живых людей, и попытайтесь решить их проблемы как можно скорее".