Výraz virtualizace se v oblasti informačních technologií objevuje stále častěji. Samotné slovo virtuální by se dalo vysvětlit jako zdánlivý, neskutečný, myšlený. Z pohledu informační technologie pak nejlépe asi jako vyskytující se mimo nebo nad fyzickou podstatou. S virtualizací se v IT setkáváme denně, aniž bychom si to většinou uvědomovali.


Například některé programovací jazyky jsou navržené tak, že běží pouze na virtuálních strojích. Nejznámější je asi jazyk JavaVM, kde programy v něm běží nezávisle na hardwaru (fyzické podstatě) a operačním systému. Dalším příkladem je síťový disk, na který si ukládáme data. Ten je ve skutečnosti složený z několika disků, nebo dokonce několika diskových polí, ale pro nás se tváří jako jeden disk. Tyto uvedené příklady už vlastně popisují některé z výhod virtualizace v informačních technologiích: jsou to nezávislost na hardwaru, nezávislost na operačním systému, konsolidace a lepší utilizace několika různých zdrojů, ať už základních stavebních prvků, jako jsou pevné disky, paměti, procesory, tak kompletních serverů, anebo rozsáhlých serverových systémů. Tyto výhody pak generují další úspory – v podobě snížení prostorové náročnosti pro umístění takových systémů, snížené spotřebě energie, ať přímé nebo potřebné na chlazení, nástroje a postupy zajišťující velmi vysokou dostupnost (business continuity) a zjednodušenou správu. Stručně řečeno – snížení nákladů a potřeby investic.

Virtualizace pro Siemens Elektromotory Frenštát

V rámci projektu provozování sdíleného centra informačních technologií a poskytování IT služeb pro společnosti Siemens na území České republiky převzal Siemens IT Solutions and Services v červnu 2006 provoz IT společnosti Siemens Elektromotory Frenštát. Součástí tohoto provozu bylo také sedmnáct různých serverů a disková pole. Nevýhodou byla značná složitost celého systému. V případě závady nebylo snadné ji dohledat a odstranit. Celý systém byl zbytečně komplikovaný a nepřehledný, nicméně provozovaný po dobu až tří let bez zvláštních záruk nebo servisních smluv. Zachování business continuity bylo nastaveno v režimu „best effort“, to znamená, že v případě větší poruchy hrozila i několikadenní nedostupnost systémů. Zákazník si byl vědom, že nám předává systémy v neoptimálním stavu, ale v rámci aktuálního rozpočtu na informační technologie nekladl důraz na zvýšení úrovně služeb, ačkoli to bylo potřeba. Proto jsme společně hledali způsob, jak zajistit vyšší dostupnost bez zvýšení nákladů.

Návrh řešení

Volba padla na virtualizaci. V test labu jsme měli vyzkoušenou virtualizaci na platformách VMware a Microsoft beta verzi Hyper-V. Konečná volba padla na Hyper-V, a to ze dvou důvodů. Za prvé to byla pozitivní zkušenost sesterské organizace Siemens Elektromotory Frenštát, která sídlí v Congletonu v Anglii. Tamní manažer IT a jeho oddělení spolupracovali několik měsíců společně s firmou Microsoft na testování prostředí Hyper-V. Ti nám potvrdili správnost navrženého řešení a nabídli podporu v případě, že by se během přechodu na virtuální servery vyskytly nečekané problémy.

Architektura systému

Architektura celého systému je znázorněna na obrázku. Celkem dnes sedmnáct virtuálních serverů je provozováno na třech fyzických serverech. Výhodou nového řešení je kvalitativní změna v odolnosti celého systému proti chybě hardwaru. V případě, že by došlo k výpadku jednoho nebo dvou fyzických serverů, zbylé servery si přerozdělí zátěž a virtuální servery se rozběhnou na nich. To vše v řádu sekund. Je to možné mimo jiné i díky tomu, že data nejsou přímo na samotných serverech, ale na externím diskovém poli, takže výpadkem serveru není ovlivněna dostupnost dat. Disková pole jsou použita dvě v redundantní konfiguraci. Data mezi nimi se zrcadlí, takže v případě výpadku jednoho z polí jsou data pro servery stále dostupná a nedojde k výpadku služby. Také propojení serverů s aktivními prvky a diskovými poli je vždy zdvojené. Jedinou výjimku tvoří systémy, které jsou pod správou mimo území České republiky, a nebylo možné je z toho důvodu virtualizovat. Abychom docílili homogenní vysokou dostupnost celého IT prostředí, museli jsme zdvojit fyzicky vybrané systémy. Pokud bychom chtěli dosáhnout vysoké dostupnosti bez virtualizace, bylo by třeba toto zdvojení provést pro všech sedmnáct serverů.


Architektura virtualizovaného systému Siemens Elektromotory Frenštát

Migrace

Celá migrace měla několik fází. Nejprve bylo potřeba zjistit týdenním měřením vytíženost současných serverů, jednotlivých procesorů, obsazené paměti a IOPS disků (input/output operations per second). Na základě těchto měření jsme navrhli nový systém s dostatečnou kapacitou a výkonem. Abychom měli úplnou jistotu, konzultovali jsme námi navržené řešení ještě s kolegy z Anglie, kteří mají rozsáhlé zkušenosti v oblasti virtualizace. Následně bylo potřeba celý systém oživit, nakonfigurovat a otestovat v měsíční simulaci ostrého provozu. Poslední fází byla migrace stávajících serverů na nové prostředí. Tyto migrace byly rozděleny do několika víkendů, aby se zajistil postupný náběh zátěže.

Projekt v řeči čísel

• celkem sedmnáct fyzických serverů bylo zredukováno na tři
• náklady na provoz systémů pro první rok provozu vzrostly o 27,5 %
• náklady na provoz systémů pro druhý až čtvrtý rok provozu klesly o 63,2 %
• roční spotřeba elektrické energie klesla z 91,5 MWh na 42 MWh
• dostupnost v případě výpadku byla zkrácena z několika dnů až týdnů na čtyři hodiny

Závěr

Při rozhodování, zda použít virtualizaci, bylo nutné zvážit jak přínosy, tak i případná rizika a možné nevýhody navrhovaného řešení. Bylo téměř nutností na tomto projektu ověřit výhody, které jsme zmínili v úvodu, tj. zvýšení dostupnosti, snížení provozních nákladů, a to jak odpisů zařízení, tak konsolidací samotné správy systému, a další. I přes migrační rizika jsme dosáhli během krátké doby pozitivních výsledků a tyto systémy provozujeme téměř rok bez výpadku.
Virtualizace serverů v podobném a větším rozsahu se rozhodně vyplatí – přinese konkrétní úspory a vysokou dostupnost celého systému. Pro aplikace, kde je potřeba provozovat menší množství serverů, ale nemusí být výhoda virtualizace tak jednoznačná. Vždy záleží na konkrétním řešení a požadavcích na řešení.
Vzhledem k faktu, že jsme nuceni na jedné straně šetřit a na druhé straně realizovat nové projekty, je virtualizace jednou z novodobých cest, jak tuto situaci řešit.
Vyspělé IT společnosti se nám však i tuto situaci snaží usnadnit a nabídnout obdobné projekty formou služby či outsoutcingu, kde se mimo jiné můžeme vyhnout prvotní nutné investici, ať již do zařízení, softwaru nebo do migračního projektu, a realizovat obdobný projekt se spolehlivým partnerem – outsourcerem.

Autorky působí ve společnosti Siemens IT Solutions and Services.