Quando se pensa em Kubernetes (K8s), os termos que geralmente vêm à mente têm a ver com ambientes de grande escala, como “escala em nuvem”, “expansão ilimitada” e até “gigantesco”. No entanto, a realidade é que uma parte significativa do mundo de TI precisa começar com ambientes K8s muito menores para desenvolvimento e produção. Para fornecer conveniência, flexibilidade e escalabilidade em nível de nuvem, bem como obter vantagem de custo para infraestrutura de nuvem local e híbrida, a Supermicro apresentou uma solução pronta para uso que usa seu hardware líder do setor emparelhado com os melhores -linha de integração de software. Neste artigo, veremos o que compreende esta solução Supermicro Rack Plug and Play, como ela funciona e a economia de executar uma plataforma K8s interna versus uma baseada em nuvem.
Quando se pensa em Kubernetes (K8s), os termos que geralmente vêm à mente têm a ver com ambientes de grande escala, como “escala em nuvem”, “expansão ilimitada” e até “gigantesco”. No entanto, a realidade é que uma parte significativa do mundo de TI precisa começar com ambientes K8s muito menores para desenvolvimento e produção. Para fornecer conveniência, flexibilidade e escalabilidade em nível de nuvem, bem como obter vantagem de custo para infraestrutura de nuvem local e híbrida, a Supermicro apresentou uma solução pronta para uso que usa seu hardware líder do setor emparelhado com os melhores -linha de integração de software. Neste artigo, veremos o que compreende esta solução Supermicro Rack Plug and Play, como ela funciona e a economia de executar uma plataforma K8s interna versus uma baseada em nuvem.
Supermicro Rack Plug and Play Infraestrutura de Nuvem
Os quatro componentes que compõem qualquer instalação do K8s são computação, armazenamento, rede e software. Para atingir o maior número possível de clientes, a Supermicro projetou diferentes configurações de sistema e nível de rack com base neste programa. O hardware para esta solução tira proveito das CPUs Xeon de terceira geração comprovadas da Intel e da memória persistente Optane (PMem), que abordaremos mais adiante. A arquitetura de sua solução é composta por diferentes classificações de nós de computação que seguem a classificação padrão do setor:
- Nó bastião e VM SCC habilitar a implantação, um nó bastion foi provisionado em um nó para executar a instalação do OpenShift. O nó bastion executa o Red Hat Enterprise Linux para hospedar os scripts, arquivos e ferramentas para provisionar o cluster compacto. Este nó também alimenta uma VM para hospedar o SuperCloud Composer para gerenciar e monitorar o cluster OpenShift.
- Nó mestre fornece uma plataforma altamente disponível e resiliente para o servidor API, servidor gerenciador do controlador e etc. Para gerenciar o cluster K8s e programar sua operação, são necessários vários nós principais para garantir que o cluster K8s não tenha um único ponto de falha.
- Nó de Infraestrutura (Infra) isola cargas de trabalho de infraestrutura para permitir separação e abstração para fins de manutenção e gerenciamento.
- Nó do aplicativo executa os aplicativos em contêineres.
- Nó OpenShift Data Foundation (ODF) (anteriormente conhecido como OpenShift Container Storage [OCS]) hospeda o armazenamento definido por software (SDS) que fornece aos dados um local persistente para viver enquanto os contêineres giram para cima e para baixo e entre os ambientes. O ODF também suporta armazenamento de arquivo, bloco ou objeto.
A Supermicro projetou um cluster compacto de 3 nós com base em seu X12 BigTwin e incluiu sistemas X12 Ultra para oferecer capacidade de armazenamento adicional para o programa JumpStart, que abordaremos neste artigo. Para um cluster básico, o armazenamento Ceph não é necessário.
O X12 BigTwin é um sistema 2U de 4 nós com processadores duplos Intel Xeon Platinum 6338N. Ele contém 72 núcleos de computação Intel, Intel Optane PMem de 4 TB, 512 GB de memória DDR4 e 184 TB de armazenamento baseado em NVMe por nó. Para conectividade, ele possui interfaces de 100 Gb para o NVMe-oF, suportando armazenamento persistente em 3 nós e 25 Gb para interface com o cluster de armazenamento de objetos. Três dos servidores X12 Ultra são nós de armazenamento que podem ter até 1.1 PB de armazenamento de objetos cada e até 80 núcleos de computação. Uma das verticais especialmente adequadas para esta solução é mídia e entretenimento para streaming de vídeo, entrega de conteúdo e propósitos analíticos.
Como mencionado acima, o sistema BigTwin usa Intel Optane PMem Series 200 e memória DDR4 tradicional. Ao fazer isso, a Supermicro pode aumentar a capacidade de memória da forma mais econômica possível, já que Optane PMem custa cerca de metade do preço de DDR4 (por GB).
Deve-se observar que o X12 BigTwin possui um design compartilhado de energia e resfriamento para reduzir o OPEX. A Supermicro compartilhou conosco um caso de uso específico sobre um de seus clientes do setor financeiro. Eles conseguiram ver uma economia de energia de mais de 20% com os sistemas X12 BigTwin em comparação com seus sistemas X12 1U, pois o sistema BigTwin consumia apenas 675 W de energia em comparação com os 980 W que o sistema X12 1U consumia ao executar a mesma carga de trabalho.
Sistemas grandes não são para todos e o cluster compacto da Supermicro é ideal para organizações que buscam um ambiente DevOps básico e pronto para implantar. A Supermicro oferece um programa de acesso remoto gratuito chamado Rack Plug and Play JumpStart para o cluster compacto para TI e desenvolvedores testarem seus fluxos de trabalho e avaliarem a usabilidade e o desempenho. O X12 BigTwin pode ser personalizado para expandir o armazenamento de objetos com SYS-620BT-DNC8R, um SKU 2U de 2 nós com suporte para unidade SAS/SATA de 3.5”. Com esta configuração, interfaces de 100 Gb podem não ser necessárias para otimizar o desempenho por dólar. O cluster compacto também está disponível como uma solução de rack total com o Red Hat OpenShift pré-instalado, que abordaremos mais neste artigo.
Caso as necessidades diminuam ou aumentem, a Supermicro possui arquiteturas de referência para soluções de data center Edge, Regional e Core que facilitam o dimensionamento para a capacidade necessária.
A Supermicro projetou outras quatro configurações Rack Plug and Play – Edge, Performance, High Density e Extreme (na ordem do menor para o maior número de núcleos de computação Intel).
Supermicro Rack Plug and Play prático na nuvem
Para ter uma ideia melhor do hardware que acompanha cada configuração, analisamos a BOM do Edge (SKU:SRS-OPNSHFT-3N), que é composto por três nós principais, três nós de aplicativo e três nós co-localizados ODF. Para minimizar o número de nós, os nós de infraestrutura são omitidos e suas funções são divididas entre os outros nós.
Esta solução tem 72 núcleos de computação Intel, 768 GB de RAM e 138 TB de armazenamento (sendo 46 TB de armazenamento NVMe). Para interconectividade redundante, ele possui uma rede dupla de 10 Gb (quatro no total) para gerenciamento e troca de dados por meio de switches SX350X-12 duplos. Tudo isso ocupa apenas 6U de espaço no rack e pode ser alimentado por dois circuitos elétricos padrão de 120 V, que geralmente podem ser encontrados em escritórios ou residências.
A Supermicro prevê o caso de uso para sua configuração de ponta como execução de IA/ML na borda e com mercados-alvo de varejo, saúde, manufatura e energia. Também acreditamos que isso seria uma ótima solução de baixo custo para pequenas equipes de desenvolvimento e redes de entrega de conteúdo distribuído.
O BOM para o Performance SKU (SRS-OPNSHFT-10) é composto por três nós principais, três nós Infra co-localizados, três nós de aplicativo e três nós ODF. Esta solução tem 288 núcleos de computação Intel, 3 TB de RAM e 138 TB de armazenamento NVMe. Para interconectividade redundante, ele possui rede de 1 Gb (quatro no total) para gerenciamento e uma rede quádrupla de 25 Gb para dados que são comutados por meio de switches SX350X-12 duplos, com o tráfego de gerenciamento passando por um switch SSE-G3648BR. Tudo isso ocupa 42U de espaço em rack.
O SKU de alta densidade (SRS-OPNSHFT-20) possui 336 núcleos de computação Intel com 3 TB de RAM e 18 nós. Esta solução SuperRack de alta densidade é a versão expandida do cluster compacto, mas usa dois SYS-220BT-HNTR (sistema 2U de 4 nós) para controladores e nós de infraestrutura e SYS-620BT-DNC8R (sistema 2U de 2 nós) como os nós do aplicativo.
Para ir ainda mais longe, o SKU Extreme (SRS-OPNSHFT-30) possui 640 núcleos de computação Intel com 8 TB de RAM e 22 nós. Aqui está o especificações completas de todos os quatro SKUs Supermicro.
Software plug-and-play para rack Supermicro
O software que vem pré-instalado para todos os SKUs é o superpopular software da Red Hat OpenShift, uma plataforma K8s de classe empresarial que possui automação de pilha completa para gerenciar uma implantação K8. A Red Hat é um grande apoiador e jogador na comunidade K8s, e o OpenShift é bem visto pela comunidade. O OpenShift não apenas permite o gerenciamento no nível do sistema, mas também o provisionamento de autoatendimento para as equipes de desenvolvimento. Um dos benefícios do OpenShift é que, se você decidir que precisa usar recursos de nuvem pública, poderá usar os mesmos fluxos de trabalho de interface. Isso é enorme, pois reduz a curva de aprendizado e pode evitar erros devido a uma alteração nos fluxos de trabalho.
Como uma breve visão geral, o OpenShift é um produto muito maduro, pois foi originalmente desenvolvido há mais de uma década e tem sido a Plataforma como Serviço (PaaS) da Red Hat durante esse tempo, e é totalmente de código aberto. Seus componentes de software são baseados em uma pilha altamente selecionada que usa os melhores e mais populares componentes. Para orquestração e agendamento, ele usa K8s juntamente com Docker para o tempo de execução do contêiner e, é claro, Red Hat para o sistema operacional.
Um componente chave na pilha de software é o OpenShift Container Platform (OCP) e o Red Hat Enterprise Linux CoreOS (RHCOS), ambos fornecidos com o CoreOS (uma empresa que a Red Hat adquiriu em 2018).
O RHCOS é uma versão simplificada do Red Hat Enterprise Linux projetada especificamente para uso em contêineres. OCP é uma plataforma como serviço (PaaS) construída para containers Linux que é orquestrada e gerenciada por K8s. Ambos foram totalmente testados pela Red Hat e são amplamente utilizados no campo. Esses são os principais ingredientes para reduzir os custos bare-metal dessa solução.
Para acelerar o desenvolvimento e a implantação ao longo do caminho, o OpenShift inclui a estrutura Operator. Um operador na linguagem do K8s é um software que encapsula o conhecimento humano necessário para implantar e gerenciar um aplicativo no K8s. O Operator Framework é um conjunto de ferramentas e componentes K8s que auxiliam no desenvolvimento do Operator e no gerenciamento central em um cluster multilocatário. O OpenShift possui operadores para aplicativos populares, como Redis e Cassandra. Ao usar operadores, tempo e frustração consideráveis podem ser economizados ao implantar um aplicativo, independentemente do nível de habilidade da pessoa que o implanta.
Compositor SuperCloud
Uma das joias escondidas da Supermicro é Compositor SuperCloud (SCC), um único painel de vidro que permite monitorar e gerenciar servidores e implantar sistemas operacionais no computador. Ele tem uma API que permite que outras pessoas usem sua integração compatível com Redfish e usa desde gerenciamento de energia até gerenciamento de ativos. Isso faz parte do molho secreto que completa a pilha de soluções, fornecendo suporte em nível de hardware.
Os pré-requisitos para o cluster compacto da Supermicro são semelhantes à instalação padrão do OpenShift da Red Hat. Esses pré-requisitos incluem, mas não estão limitados a, o seguinte:
- Garantir que a conectividade de rede esteja em vigor
- Configurar ou instalar balanceadores de carga para API e Ingress
- Entradas de DNS em vigor para o cluster
- Quaisquer ferramentas CLI que você possa precisar
- Reserva de endereço DHCP ou uso de IPs estáticos
O cluster compacto é fácil de provisionar se todos os pré-requisitos forem atendidos. No futuro, a Supermicro planeja lançar um Ansible Playbook para ajudar a orquestrar o processo de configuração, incluindo a configuração HW RAID 1 para as unidades de inicialização NVMe M.2 e a instalação do cluster OpenShift. Essencialmente, isso ajudará a habilitar o provisionamento sem intervenção, que normalmente vemos apenas em ISVs com dispositivos OEM.
O nó D está fisicamente localizado dentro do gabinete 2U, mas foi isolado em uma rede BMC separada para administradores da Supermicro que estão ativamente dando suporte ao programa JumpStart. Este nó possui uma NIC de 1 Gb para a “Ponte de Provisionamento” para a VM SCC. Com base na topologia de rede, o programa JumpStart permite que usuários remotos acessem com segurança a VM SCC e o cluster OpenShift para explorar os recursos do cluster, incluindo uma demonstração de vídeo sob demanda em execução em um pod. O fluxo de trabalho de demonstração é ilustrado abaixo.
Supermicro Rack Plug and Play Nuvem Programa Jumpstart
Investir em uma nova solução sempre traz incertezas em relação à carga de trabalho e às compatibilidades do fluxo de trabalho. Para aliviar esses temores, a Supermicro montou um robusto Acelerador programa que permite que os clientes em potencial tenham a chance de experimentar a solução antes de comprá-la.
custos
As nuvens públicas prosperaram com base no equívoco geral de serem menos dispendiosas do que as implantações no local; no entanto, para muitas situações, possuir o hardware é mais atraente ao comparar seu esquema de preços estável versus o custo contínuo associado a uma solução de nuvem. Sim, os provedores de nuvem têm a vantagem de escala onde podem amortizar o custo de seu pessoal de operações em milhares de nós. No entanto, a Supermicro mitigou isso usando o OpenShift, onde a Red Hat assumiu a responsabilidade de testar e manter a solução. Isso significa que os clientes da Supermicro não precisam validar atualizações e patches para seus sistemas, o que pode ser um processo demorado e, portanto, caro.
A estabilidade de preços também é um fator a favor da Supermicro. Certamente há mais de uma história de horror em que um consumidor de nuvem pública gastou demais seu orçamento consumindo recursos em excesso. A realidade é que, com uma solução altamente automatizada como o K8s, uma simples configuração incorreta pode gerar uma série de aplicativos que consomem recursos de nuvem pública. Em contraste, com uma solução no local, isso simplesmente não é possível.
Essa solução não é apenas competitiva em termos de custo com nuvens públicas, mas a Supermicro oferece outras sugestões para reduzir custos, como executar uma assinatura bare-metal do Red Hat Open Data Foundation (ODF) em vez de executá-la em um hipervisor, pois geralmente é mais barato e evita uma taxa de hipervisor.
Perguntamos à Supermicro sobre como os clientes podem comprar o OpenShift (o componente de software em sua solução) e eles disseram que ele poderia ser incluído em uma única fatura deles ou os clientes poderiam comprá-lo diretamente da Red Hat.
A Supermicro teve a gentileza de trabalhar alguns números para nós em relação à diferença de custo ao implantar o OpenShift em bare-metal ou usando um hypervisor. Ficamos surpresos ao ver quanto dinheiro poderia ser economizado executando-o em bare-metal em vez de um hypervisor. Como os aplicativos K8s precisam de armazenamento, eles também incluíram uma estimativa de que apenas 4 núcleos para aplicativos que precisam de um sistema de arquivos, armazenamento em bloco de armazenamento de objetos.
Os números mostram que pode ser de 3 a 9 vezes mais econômico executar o OpenShift em bare-metal em vez de executá-lo em um hipervisor, dependendo de quantos recursos de computação e armazenamento são necessários por cluster. Foram analisados dois cenários para estimar a economia de custos. Na extremidade inferior do espectro, 16 assinaturas OCP (32 núcleos) e 2 ODF (4 núcleos) foram incluídos. Na extremidade superior do espectro, todos os 64 núcleos por nó foram incluídos para computação e armazenamento. Cada nó pode suportar 250 pods por padrão. A Supermicro recomenda planejar cuidadosamente as implantações do OpenShift. Um bom lugar para começar é este Documento de planejamento do OpenShift 4.8.
Governança de dados
A localidade dos dados é um assunto complicado. Muitas empresas e governos têm regulamentações muito rígidas sobre onde os dados devem residir. Com uma solução no local, você e qualquer auditor podem ter certeza, até mesmo ao ponto de colocar as mãos, onde os dados residem. Acessar fisicamente o armazenamento em uma nuvem pública simplesmente não é possível — ponto final.
Conclusão
A Supermicro identificou um mercado e criou uma solução confiável e acessível para preenchê-lo, como sempre fez no passado. Nesse caso, o mercado é para um cluster K8s local usando os processadores Xeon de terceira geração comprovados da Intel para confiabilidade em associação com o Intel Optane PMem para conter custos sem afetar o desempenho e o software K8s comprovado da Red Hat. Essas soluções predefinidas permitem que os clientes implantem rapidamente um cluster K8S, pois essas soluções vêm da Supermicro pré-arquitetadas, validadas e testadas.
A solução deles pode ser implantada em dias, em vez das semanas que normalmente levaria para implantar uma solução do tipo "faça você mesmo", e como a solução da Supermicro foi exaustivamente testada quanto à compatibilidade, você não terá problemas de tempo ou custos que tendem a ocorrer durante a implantação de uma nova tecnologia. Falando em custos, o modelo de preços da solução da Supermicro evita o choque de etiqueta que pode ocorrer ao usar uma nuvem pública.
Não importa quais sejam suas necessidades, a Supermicro desenvolveu uma solução para você; desde o Edge SKU projetado para trabalhos de IA/ML de borda ou pequenas equipes de desenvolvimento, até o Extreme SKU projetado para data centers regionais e principais para cargas de trabalho de produção que podem ser usadas para substituir implantações de nuvem pública.
Para obter mais informações sobre a solução K8s da Supermicro, você pode visitar o portal da web aqui.
Confira o Programa Jumpstart para obter hands-on com esta solução.
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