Повышение доступности сервисов путём создания реконфигурируемой системы с использованием средств виртуализации

Использование1 информационно-вычислительных систем для2 решения различных прикладных задач3 предусматривает предоставление пользователям информационных сервисов. В зависимости от рода деятельности организации набор сервисов и требования к их качеству могут быть различными.

Важнейшим показателем качества информационного сервиса является его доступность. Под доступностью информационного сервиса понимается вероятность получения пользователем сервиса за заданное время. Доступность зависит от таких факторов, как надежность аппаратных и программных средств, производительности вычислительных ресурсов и пропускной способности каналов связи, информационной защищенности системы.

С увеличением количества пользователей информационно-вычислительной системы увеличивается интенсивность поступления в систему задач, а следовательно и интенсивность обращения к информационным сервисам, что может привести к снижению доступности этих сервисов.

Инфраструктура, обеспечивающая работу сервисов, представляет собой оборудование, а также общее и специализированное программное обеспечение. Доступность сервиса будет напрямую зависеть от надежности, отказоустойчивости и защищённости его инфраструктуры. Поэтому для повышения доступности информационного сервиса требуется в первую очередь добиться надежного функционирования аппаратной и программной составляющей.

Повышение характеристик надежности [1] возможно путем применения дублирования аппаратно-программных средств. При использовании облачных технологий и средств виртуализации возможна реализация дублирования как программной, так и аппаратной составляющих без существенного изменения аппаратной инфраструктуры всей информационновычислительной системы.

ВЕСТНИК 2015

Типовая структура информационно-телекоммуникационной системы (ИТКС) представлена на рис. 1.

Рис. 1. Типовая структура инфотелекоммуникационной системы

При реализации функций серверов баз данных, хранилища информации, почтового сервера или Web-сервера необходимо учитывать ряд требований к аппаратной платформе, что и определяет гетерогенный характер структуры ИТКС. Задачи, решаемые сервером – хранилищем данных, предъявляют высокие требования к объемам внешних запоминающих устройств, в то время как Web-сервер более критичен к производительности процессора и пропускной способности каналов связи. Качество функционирования любого из представленных на рис. 1 серверов определяется количеством обращений пользователей, объемом решаемых задач, состоянием аппаратного и программного обеспечения. В таблицах 1, 2, 3, 4 представлены технические требования к аппаратным платформам серверов.

Таблица 1

ВЕСТНИК 2015

Технические требования для функционирования сервера СУБД

№	Наименование требований	Процессор	ОЗУ	HDD	Тип жесткого диска	Сетевой адаптер
1.	Минимальные требования	1 ядро, 1 ГГц	1 Гб	50 Гб	SATA	100 Мб/сек
2.	Рекомендованные требования	4 ядра, 3 ГГц	128 Гб	2x300 Гб (Raid 1)	SCSI, SAS, FC	1000 Мб/сек

Технические требования для функционирования системы хранения данных

Таблица 2

№	Наименование требований	Процессор	ОЗУ	HDD	Тип жесткого диска	Сетевой адаптер
1.	Минимальные требования	1 ядро, 1 ГГц	0,5 Гб	500 Гб	SATA	100 Мб/сек
2.	Рекомендованные требования	4 ядра, 3 ГГц	4–12 Гб	4x4000 Гб, 4x300 Гб, RAID-1, RAID-10)	SCSI, SAS, FC	1/10G Ethernet, FiberChannel, Infiniband

Технические требования для функционирования почтового сервера

Таблица 3

№	Наименование требований	Процессор	ОЗУ	HDD	Тип жесткого диска	Сетевой адаптер
1.	Минимальные требования	1 ГГц	0,5 Гб	40 Гб	SATA	100 Мб/сек
2.	Рекомендованные требования	4 ядра по 3 ГГц	16 Гб	2x300 Гб (Raid 1)	SCSI, SAS, FC	1000 Мб/сек

Технические требования для функционирования веб-сервера

Таблица 4

№	Наименование требований	Процессор	ОЗУ	HDD	Тип жесткого диска	Сетевой адаптер
1.	Минимальные требования	1 ГГц	0,5 Гб	40 Гб	SATA	100 Мб/сек
2.	Рекомендованные требования	4 ядра по 3 ГГц	6–24 Гб	2x300 Гб (Raid 1)	SCSI, SAS, FC	1000 Мб/сек

На одном сервере могут быть размещены несколько виртуальных машин, отвечающих за работу различных сервисов. Тот же набор виртуальных машин может параллельно функционировать и на других серверах (рис. 2). Таким образом, не изменяя аппаратного состава ИТКС, можно добиться дублирования сервисов, повысить их надежность и тем самым повысить до- ступность.

Рис. 2. Пример распределения сервисов с использованием виртуальных машин

Такой подход имеет ряд достоинств и недостатков.

К достоинствам следует отнести:

• 1.    Повышение доступности за счет распараллеливания обращений пользователей, что приводит к снижению загрузки сервиса.

• 2.    Повышения надежности ИТКС в целом за счет применения резервирования сервисов.

• 3.    Улучшение системы технического обслуживания, так как резервирование сервисов позволяет проводить восстановительные мероприятия на сервере и при этом сервис остается доступным для пользователей.

• 4.    Оптимизация использования аппаратных возможностей серверов за счет использования излишков ресурсов.

• 5.    Уменьшение затрат времени администраторов на восстановление после сбоя за счет наличия актуальной копии сервиса на другой виртуальной машине.

Применение виртуальных машин связано с необходимостью решения дополнительных задач администрирования и перераспределения аппаратных ресурсов. Поэтому данный подход кроме перечисленных достоинств имеет ряд недостатков, к которым можно отнести:

• 1.    Снижение производительности ИТКС из-за необходимости обеспечивать работу системы виртуальных машин, синхронизацию данных, перераспределения дискового пространства.

• 2.    Усложнение процесса администрирования

• 3.    Повышение стоимости ИТКС из-за необходимости приобретения дополнительного программного обеспечения, а также обучения обслуживающего персонала.

• 4.    Появляются дополнительные риски информационной безопасности [2] обрабатываемой информации из-за использования технологий виртуализации.

работы ИТКС из-за необходимости настройки виртуальных машин.

Таким образом, общая постановка задачи может быть представлена как распределение ресурсов инфотелекоммуникационной системы между виртуальными машинами, имеющая оптимизационный характер. Основным ограничением является объем аппаратных средств ИТКС. Повышения готовности информационновычислительных систем можно добиться двойным резервированием – резервирование большой кратности не даст значительного прироста надежности [3]. Минимальное значение виртуальных машин, обеспечивающих функционирование сервисов, должно быть не менее двух.

Обеспечение заданной доступности сервиса может быть достигнуто за счет распределения вычислений на дополнительно созданные копии виртуальных машин и реконфигурирование тех- нических характеристик виртуальных машин.

Для оценки повышения надежности функционирования ИТКС следует использовать коэффициент готовности. Коэффициент готовности представляет собой отношение времени исправной работы к сумме времен исправной работы и вынужденных простоев системы, взятых за один и тот же календарный срок:

ВЕСТНИК 2015

Т

И

K--,

Г

^Т И ' Т П

m

где T И = ^ T И i - суммарное время исправной ра- i =1

боты системы;

n

T _П = ^ T _П i - суммарное время вынужденно- i =1

го простоя.

Число копий и параметры реконфигурации будут зависеть от востребованности сервиса и информационного ресурса, то есть от количества обращений и времени ожидания запроса.

Исходными данными для принятия решения могут послужить результаты мониторинга состояния сервисов и информационных ресурсов ИТКС.

Кроме того, после определения необходимого числа виртуальных машин необходимо решить задачу перераспределения ресурсов ИТКС с учетом гетерогенности ее характера.

На рис. 3 приведен качественный график, на котором представлена зависимость изменения времени обслуживания запроса от интенсивности их поступления в системы без виртуализации и с виртуализацией.

Рис. 3. Качественный график изменения времени обслуживания запроса от интенсивности их поступления в систему

ВЕСТНИК 2015

Использование виртуальных машин позволит повысить готовность сервисов ИТКС. Требуемая доступность может быть не всегда достигнута из-за ограничений на количество аппаратных средств ИТКС (ограничение ресурсо-емкости аппаратных средств ИТКС). Указанная проблема может быть преодолена за счет приобретения дополнительного оборудования в рамках развития и модернизации информационновычислительной системы.