Kiedy myślimy o Kubernetes (K8s), często przychodzą nam na myśl określenia związane z dużymi środowiskami, takie jak „skalowanie w chmurze”, „nieograniczona rozszerzalność”, a nawet „ogromny”. Jednak rzeczywistość jest taka, że znaczna część świata IT musi zaczynać od znacznie mniejszych środowisk K8s do celów programistycznych i produkcyjnych. Aby zapewnić wygodę, elastyczność i skalowalność na poziomie chmury, a także uzyskać przewagę kosztową w przypadku infrastruktury lokalnej i hybrydowej, Supermicro wprowadziło gotowe rozwiązanie, które wykorzystuje wiodący w branży sprzęt w połączeniu z najwyższej klasy integracją oprogramowania. W tym artykule przyjrzymy się, co składa się na rozwiązanie Supermicro Rack Plug and Play, jak ono działa oraz jakie są korzyści ekonomiczne z korzystania z wewnętrznej platformy K8s w porównaniu z platformą chmurową.
Infrastruktura chmurowa typu plug and play Supermicro Rack
Instalacja K8 składa się z czterech komponentów: obliczeniowego, pamięci masowej, sieciowego i oprogramowania. Aby dotrzeć do jak największej liczby klientów, Supermicro zaprojektowało w oparciu o ten program różne konfiguracje systemowe i szafowe. Sprzęt w tym rozwiązaniu wykorzystuje sprawdzone procesory Intel Xeon trzeciej generacji oraz pamięć trwałą Optane (PMem), o których opowiemy później. Architektura rozwiązania składa się z różnych klasyfikacji węzłów obliczeniowych, zgodnych ze standardami branżowymi:
- Węzeł Bastion i maszyna wirtualna SCC Aby umożliwić wdrożenie, na jednym z węzłów utworzono węzeł bastionowy do uruchomienia instalacji OpenShift. Węzeł bastionowy działa w systemie Red Hat Enterprise Linux, obsługując skrypty, pliki i narzędzia do obsługi kompaktowego klastra. Węzeł ten obsługuje również maszynę wirtualną, która obsługuje narzędzie SuperCloud Composer do zarządzania i monitorowania klastra OpenShift.
- węzeł główny zapewnia wysoce dostępną i odporną platformę dla serwera API, serwera menedżera kontrolerów itd. Do zarządzania klastrem K8s i planowania jego działania wymagane są liczne węzły główne, aby zagwarantować, że klaster K8s nie będzie miał pojedynczego punktu awarii.
- Węzeł infrastruktury (Infra) izoluje obciążenia infrastruktury, aby umożliwić separację i abstrakcję na potrzeby konserwacji i zarządzania.
- Węzeł aplikacji uruchamia aplikacje konteneryzowane.
- Węzeł OpenShift Data Foundation (ODF) (dawniej znany jako OpenShift Container Storage [OCS]) obsługuje programowalną pamięć masową (SDS), która zapewnia danym trwałe miejsce do przechowywania, gdy kontenery są przenoszone w górę i w dół oraz w różnych środowiskach. ODF obsługuje również pamięć masową plików, bloków i obiektów.
Firma Supermicro zaprojektowała kompaktowy klaster 3-węzłowy oparty na systemie X12 BigTwin i dodała do niego systemy X12 Ultra, aby zapewnić dodatkową przestrzeń dyskową dla programu JumpStart, który omówimy w tym artykule. W przypadku klastra podstawowego pamięć masowa Ceph nie jest wymagana.
X12 BigTwin to 4-węzłowy system 2U z dwoma procesorami Intel Xeon Platinum 6338N. Zawiera 72 rdzenie obliczeniowe Intel, 4 TB pamięci Intel Optane PMem, 512 GB pamięci DDR4 i 184 TB pamięci masowej NVMe na węzeł. W zakresie łączności, posiada interfejsy NVMe-oF o przepustowości 100 Gb/s, obsługujące pamięć trwałą w 3 węzłach oraz 25 Gb/s do komunikacji z klastrem pamięci obiektowej. Trzy z serwerów X12 Ultra to węzły pamięci masowej, z których każdy może pomieścić do 1.1 PB pamięci obiektowej i do 80 rdzeni obliczeniowych. Jednym z sektorów szczególnie odpowiednich dla tego rozwiązania są media i rozrywka, takie jak streaming wideo, dostarczanie treści i analityka.
Jak wspomniano powyżej, system BigTwin wykorzystuje pamięć Intel Optane PMem Series 200 i tradycyjną pamięć DDR4. Dzięki temu Supermicro może maksymalnie ekonomicznie zwiększyć pojemność pamięci, ponieważ Optane PMem kosztuje około połowę ceny DDR4 (za GB).
Należy zauważyć, że X12 BigTwin ma wspólną konstrukcję zasilania i chłodzenia, co pozwala obniżyć koszty operacyjne (OPEX). Firma Supermicro podzieliła się z nami konkretnym przypadkiem użycia, dotyczącym jednego ze swoich klientów z sektora finansowego. W porównaniu z systemami X12 1U, system X12 BigTwin pozwolił zaoszczędzić ponad 20% energii, ponieważ system BigTwin zużywał zaledwie 675 W mocy w porównaniu z 980 W pobieranymi przez system X12 1U przy tym samym obciążeniu.
Duże systemy nie są dla każdego, a kompaktowy klaster Supermicro jest idealny dla organizacji poszukujących podstawowego, gotowego do wdrożenia środowiska DevOps. Supermicro oferuje bezpłatny program zdalnego dostępu o nazwie Rack Plug and Play JumpStart, który umożliwia działowi IT i deweloperom testowanie przepływów pracy oraz ocenę użyteczności i wydajności. X12 BigTwin można dostosować do skalowalnej pamięci masowej obiektów dzięki SYS-620BT-DNC8R, dwuwęzłowej obudowie 2U z obsługą dysków 3.5” SAS/SATA. Dzięki tej konfiguracji interfejsy 100 Gb/s mogą być zbędne do optymalizacji wydajności w przeliczeniu na dolara. Kompaktowy klaster jest również dostępny jako kompletne rozwiązanie rack z preinstalowanym systemem Red Hat OpenShift, o czym więcej w tym artykule.
Jeśli potrzeby staną się mniejsze lub wzrosną, Supermicro oferuje referencyjne architektury rozwiązań centrów danych Edge, Regional i Core, które ułatwiają skalowanie do potrzebnej pojemności.
Firma Supermicro zaprojektowała cztery inne konfiguracje Rack Plug and Play – Edge, Performance, High Density i Extreme (w kolejności od najmniejszej do największej liczby rdzeni obliczeniowych firmy Intel).
Praktyczne informacje o instalacji Supermicro Rack Plug and Play Cloud
Aby lepiej zrozumieć sprzęt dostępny w każdej konfiguracji, przeanalizowaliśmy zestawienie materiałów (BOM) dla Edge (SKU: SRS-OPNSHFT-3N ), które składa się z trzech węzłów głównych, trzech węzłów aplikacyjnych i trzech węzłów współlokalizowanych z ODF. Aby zminimalizować liczbę węzłów, pominięto węzły infrastruktury, a ich zadania rozdzielono między pozostałe węzły.
To rozwiązanie ma 72 rdzenie obliczeniowe Intela, 768 GB pamięci RAM i 138 TB pamięci masowej (z czego 46 TB to pamięć NVMe). Aby zapewnić redundantną łączność, posiada dwie karty sieciowe 10 Gb/s (łącznie cztery), zarówno do zarządzania, jak i do przesyłania danych za pośrednictwem dwóch przełączników SX350X-12. Całość zajmuje zaledwie 6U miejsca w szafie rack i może być zasilana z dwóch standardowych obwodów elektrycznych 120 V, powszechnie spotykanych w biurach i domach.
Supermicro przewiduje, że konfiguracja brzegowa będzie wykorzystywana do obsługi sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego na brzegu sieci, a jej docelowymi rynkami są handel detaliczny, opieka zdrowotna, produkcja i energetyka. Wierzymy również, że będzie to dobre, niedrogie rozwiązanie dla małych zespołów programistycznych i rozproszonych sieci dostarczania treści.
BOM dla jednostki SKU Performance (SRS-OPNSHFT-10) składa się z trzech węzłów głównych, trzech współlokowanych węzłów Infra, trzech węzłów aplikacyjnych i trzech węzłów ODF. To rozwiązanie ma 288 rdzeni obliczeniowych Intel, 3 TB pamięci RAM i 138 TB pamięci masowej NVMe. Aby zapewnić redundantną łączność, posiada sieć 1 Gb/s (łącznie cztery) do zarządzania oraz poczwórną sieć 25 Gb/s do przesyłania danych, która jest przełączana przez dwa przełączniki SX350X-12, a ruch zarządzania jest przekazywany przez przełącznik SSE-G3648BR. Całość zajmuje 42U miejsca w szafie rack.
Wersja High-Density SKU (SRS-OPNSHFT-20) ma 336 rdzeni obliczeniowych Intel, 3 TB pamięci RAM i 18 węzłów. To rozwiązanie High-Density SuperRack to skalowana wersja kompaktowego klastra, ale wykorzystuje dwa SYS-220BT-HNTR (system 4-węzłowy 2U) jako węzły kontrolera i infrastruktury oraz SYS-620BT-DNC8R (system 2-węzłowy 2U) jako węzły aplikacji.
Co więcej, Extreme SKU (SRS-OPNSHFT-30) ma 640 rdzeni obliczeniowych Intela, 8 TB pamięci RAM i 22 węzły. Oto pełna specyfikacja wszystkich czterech SKU Supermicro.
Oprogramowanie Supermicro Rack Plug and Play
Oprogramowanie preinstalowane dla wszystkich jednostek SKU to niezwykle popularny OpenShift firmy Red Hat , platforma K8s klasy korporacyjnej z pełną automatyzacją stosu do zarządzania wdrożeniem K8. Red Hat jest dużym zwolennikiem i graczem w społeczności K8s, a OpenShift cieszy się uznaniem w tej społeczności. OpenShift umożliwia nie tylko zarządzanie na poziomie systemu, ale także samoobsługowe provisionowanie dla zespołów programistycznych. Jedną z zalet OpenShift jest to, że jeśli zdecydujesz się na korzystanie z zasobów chmury publicznej, możesz korzystać z tych samych przepływów pracy interfejsu. To ogromna zaleta, ponieważ skraca krzywą uczenia się i może zapobiec błędom wynikającym ze zmiany przepływów pracy.
Krótko mówiąc, OpenShift to bardzo dojrzały produkt, ponieważ został pierwotnie opracowany ponad dekadę temu i w tamtym czasie był platformą jako usługa (PaaS) Red Hat, a także w pełni open source. Jego komponenty programowe oparte są na starannie dobranym stosie, który wykorzystuje najlepsze i najpopularniejsze komponenty. Do orkiestracji i harmonogramowania wykorzystuje K8s w połączeniu z Dockerem jako środowiskiem uruchomieniowym kontenerów oraz, oczywiście, Red Hat jako system operacyjny.
Kluczowym komponentem pakietu oprogramowania jest OpenShift Container Platform (OCP) i Red Hat Enterprise Linux CoreOS (RHCOS), oba dostępne w ramach CoreOS (firmy przejętej przez Red Hat w 2018 r.).
RHCOS to uproszczona wersja systemu Red Hat Enterprise Linux, zaprojektowana specjalnie do użytku w kontenerach. OCP to platforma jako usługa (PaaS) stworzona dla kontenerów Linux, koordynowana i zarządzana przez K8. Oba systemy zostały w pełni przetestowane przez Red Hat i są szeroko stosowane w praktyce. Są to kluczowe elementy obniżające koszty fizyczne tego rozwiązania.
Aby przyspieszyć rozwój i wdrażanie, OpenShift zawiera platformę Operator Framework. Operator w terminologii K8s to oprogramowanie, które hermetyzuje wiedzę człowieka niezbędną do wdrożenia i zarządzania aplikacją w K8s. Platforma Operator Framework to zestaw narzędzi i komponentów K8s, które wspomagają rozwój Operatorów i centralne zarządzanie w klastrze wielodostępnym. OpenShift oferuje Operatory dla popularnych aplikacji, takich jak Redis i Cassandra. Korzystanie z Operatorów pozwala zaoszczędzić sporo czasu i uniknąć frustracji podczas wdrażania aplikacji, niezależnie od poziomu umiejętności osoby ją wdrażającej.
Kompozytor SuperCloud
Jednym z ukrytych klejnotów Supermicro jest SuperCloud Composer (SCC), pojedyncza platforma umożliwiająca monitorowanie i zarządzanie serwerami oraz wdrażanie systemów operacyjnych na komputerze. Posiada API, które pozwala innym użytkownikom korzystać z integracji zgodnej z Redfish, i oferuje szeroki zakres funkcji, od zarządzania energią po zarządzanie zasobami. To część sekretnego rozwiązania, które uzupełnia stos rozwiązań, zapewniając wsparcie na poziomie sprzętowym.
Wymagania wstępne dla kompaktowego klastra Supermicro są podobne do standardowej instalacji OpenShift w Red Hat. Obejmują one między innymi:
- Zapewnienie łączności sieciowej
- Skonfiguruj lub zainstaluj moduły równoważenia obciążenia dla interfejsu API i ruchu przychodzącego
- Wpisy DNS na miejscu dla klastra
- Wszelkie narzędzia CLI, których możesz potrzebować
- Rezerwacja adresu DHCP lub użycie statycznych adresów IP
Kompaktowy klaster jest łatwy w konfiguracji, jeśli spełnione są wszystkie wymagania wstępne. W przyszłości Supermicro planuje opublikować podręcznik Ansible Playbook, który pomoże w organizacji procesu konfiguracji, w tym konfiguracji HW RAID 1 dla dysków rozruchowych NVMe M.2 oraz instalacji klastra OpenShift. Zasadniczo ułatwi to konfigurację bezdotykową (tzw. „zero-touch provisioning”), którą zazwyczaj oferują tylko niezależni dostawcy oprogramowania (ISV) z urządzeniami OEM.
Węzeł D znajduje się fizycznie w obudowie 2U, ale został odizolowany w oddzielnej sieci BMC dla administratorów Supermicro, którzy aktywnie wspierają program JumpStart. Ten węzeł ma kartę sieciową 1 Gb dla „mostu aprowizacyjnego” dla maszyny wirtualnej SCC. W oparciu o topologię sieci, program JumpStart umożliwia użytkownikom zdalnym bezpieczny dostęp do maszyny wirtualnej SCC i klastra OpenShift w celu zapoznania się z możliwościami klastra, w tym z demonstracją wideo na żądanie uruchomioną na podzespole. Poniżej przedstawiono schemat demonstracyjny.
Supermicro Rack Plug and Play Cloud Program Jumpstart
Inwestowanie w nowe rozwiązanie zawsze wiąże się z niepewnością dotyczącą kompatybilności z obciążeniem i przepływem pracy. Aby rozwiać te obawy, Supermicro uruchomiło rozbudowany program Jumpstart , który umożliwia potencjalnym klientom wypróbowanie rozwiązania przed jego zakupem.
Koszty:
Chmury publiczne rozwijały się w oparciu o błędne przekonanie, że są tańsze niż wdrożenia lokalne. Jednak w wielu sytuacjach posiadanie własnego sprzętu jest bardziej atrakcyjne, jeśli porównamy jego stabilny cennik z bieżącymi kosztami związanymi z rozwiązaniem chmurowym. Owszem, dostawcy chmury mają przewagę skali, która pozwala im amortyzować koszty personelu operacyjnego w tysiącach węzłów. Jednak Supermicro rozwiązało ten problem, wykorzystując platformę OpenShift, a Red Hat przejął na siebie ciężar testowania i utrzymywania rozwiązania. Oznacza to, że klienci Supermicro nie muszą weryfikować aktualizacji i poprawek dla swoich systemów, co może być czasochłonne, a tym samym kosztowne.
Stabilność cen to również czynnik przemawiający na korzyść Supermicro. Z pewnością niejedna historia z horroru dotyczyła sytuacji, w której użytkownik chmury publicznej przekroczył budżet, nadmiernie wykorzystując zasoby. W rzeczywistości w przypadku wysoce zautomatyzowanego rozwiązania, takiego jak K8s, prosta błędna konfiguracja może skutkować powstaniem wielu aplikacji zużywających zasoby chmury publicznej. Natomiast w przypadku rozwiązania lokalnego jest to po prostu niemożliwe.
To rozwiązanie jest nie tylko konkurencyjne cenowo w porównaniu z chmurami publicznymi, ale Supermicro oferuje również inne rozwiązania obniżające koszty, takie jak uruchomienie subskrypcji Red Hat Open Data Foundation (ODF) na serwerze fizycznym zamiast uruchamiania jej na hiperwizorze, ponieważ jest to zazwyczaj tańsze i pozwala uniknąć podatku od hiperwizora.
Zapytaliśmy firmę Supermicro, w jaki sposób klienci mogą zakupić OpenShift (składnik oprogramowania w ich rozwiązaniu), a w odpowiedzi otrzymaliśmy odpowiedź, że może on zostać uwzględniony na jednej fakturze wystawionej przez nich lub że klienci mogą go kupić bezpośrednio od Red Hat.
Firma Supermicro była na tyle uprzejma, że podała nam kilka danych dotyczących różnicy kosztów wdrożenia OpenShift na serwerze fizycznym (bare-metal) lub z wykorzystaniem hiperwizora. Byliśmy zaskoczeni, widząc, ile można zaoszczędzić, uruchamiając go na serwerze fizycznym w porównaniu z hiperwizorem. Ponieważ aplikacje K8 wymagają pamięci masowej, firma podała również szacunki, że aplikacje wymagające systemu plików, pamięci blokowej lub pamięci obiektowej potrzebują tylko 4 rdzeni.
Liczby pokazują, że uruchomienie OpenShift na serwerze fizycznym może być od 3 do 9 razy bardziej opłacalne niż uruchomienie go na hiperwizorze, w zależności od tego, ile zasobów obliczeniowych i pamięci masowej jest wymaganych na klaster. Przeanalizowano dwa scenariusze w celu oszacowania oszczędności kosztów. W przypadku najniższego poziomu uwzględniono 16 subskrypcji OCP (32 rdzenie) i 2 ODF (4 rdzenie). W przypadku najwyższego poziomu uwzględniono wszystkie 64 rdzenie na węzeł, zarówno dla obliczeń, jak i pamięci masowej. Każdy węzeł może domyślnie obsługiwać potencjalnie 250 podów. Supermicro zaleca staranne planowanie wdrożeń OpenShift. Dobrym punktem wyjścia jest ten dokument planistyczny OpenShift 4.8.
Zarządzanie danymi
Lokalizacja danych to trudny temat. Wiele firm i rządów ma bardzo rygorystyczne przepisy dotyczące miejsca przechowywania danych. Dzięki rozwiązaniu lokalnemu Ty i wszyscy audytorzy możecie mieć pewność, nawet jeśli chodzi o dostęp do danych, gdzie się znajdują. Fizyczny dostęp do pamięci masowej w chmurze publicznej jest po prostu niemożliwy – i kropka, koniec historii.
Wniosek
Firma Supermicro zidentyfikowała rynek i stworzyła niezawodne, niedrogie rozwiązanie, aby go wypełnić, tak jak często robiła to w przeszłości. W tym przypadku rynek to lokalny klaster K8S, wykorzystujący sprawdzone procesory Intel Xeon trzeciej generacji, zapewniające niezawodność, w połączeniu z pamięcią Intel Optane PMem, co pozwala ograniczyć koszty bez wpływu na wydajność, oraz ze sprawdzonym oprogramowaniem K8S firmy Red Hat. Te predefiniowane rozwiązania pozwalają klientom na szybkie wdrożenie klastra K8S, ponieważ pochodzą one od Supermicro – są wstępnie zaprojektowane, zweryfikowane i przetestowane.
Ich rozwiązanie można wdrożyć w ciągu kilku dni, a nie tygodni, jak w przypadku standardowego rozwiązania typu „zrób to sam”. Ponieważ rozwiązanie Supermicro zostało gruntownie przetestowane pod kątem kompatybilności, nie napotkasz żadnych pułapek czasowych ani kosztowych, które często pojawiają się podczas wdrażania nowej technologii. Skoro mowa o kosztach, model cenowy rozwiązania Supermicro zapobiega szokowi cenowemu, który może wystąpić podczas korzystania z chmury publicznej.
Niezależnie od Twoich potrzeb, Supermicro opracowało rozwiązanie, które je zaspokoi: od Edge SKU przeznaczonego dla zespołów zajmujących się sztuczną inteligencją/uczeniem maszynowym na brzegu sieci lub małych zespołów programistycznych, po Extreme SKU przeznaczone dla regionalnych i głównych centrów danych do obsługi obciążeń produkcyjnych, które mogą zastąpić wdrożenia w chmurze publicznej.
Więcej informacji na temat rozwiązania K8s firmy Supermicro można uzyskać na portalu internetowym tej firmy tutaj.
Zapoznaj się z programem Jumpstart , aby wypróbować to rozwiązanie.
Amazon