Год настоящих прорывов
О наиболее значительных разработках компании Sun Microsystems в 2005 году рассказывает Павел Анни, менеджер по продуктам Sun Microsystems.
жизни каждой high-tech-компании бывают периоды постепенного, незаметного для постороннего глаза накопления инноваций, но в один прекрасный момент наступает прорыв и эти инновации воплощаются в новых продуктах и приложениях. И минувший год для Sun Microsystems стал годом настоящих прорывов. Начну с оборудования.
На рис. 1 показаны три волны процессорных технологий. Первая из них относится ко времени мэйнфреймов, когда процессоры строились из большого количества элементов, сначала — из электронных ламп, а потом — из микросхем. В 1985 году началась вторая волна, когда микропроцессоры стали делаться на одном кристалле. При этом вначале их частота работы (33 МГц) была заметно меньше, чем у мэйнфреймов, и многие скептически относились к перспективам этой волны. Тем не менее, как мы с вами хорошо знаем, персональные компьютеры и серверы завоевали мир, но и их развитие выходит сегодня на стадию насыщения, поскольку память все сильнее отстает от процессоров, а сами процессоры теперь все труднее разгонять, да и смысл разгона утрачивается, поскольку процессоры становятся все горячее. Кроме того, транзисторов появляется все больше (скоро их уже будет миллиард!), процессоры все сложнее проектировать и все дороже производить. Выход из этой ситуации — начало новой волны, суть которой заключается в создании сетей из микросистем. Рецепт корпорации Sun Microsystems таков: надо создавать процессоры и системы, ориентированные на разные виды нагрузок; располагать на одном кристалле несколько простых ядер (что дает экономию при проектировании и производстве); внедрять многопотоковость — несколько аппаратных потоков на ядре. Первый продукт новой волны — процессор UltraSPARC T1 (кодовое название — Niagara) (рис. 2).
Рис. 1. Три волны процессорных технологий
Рис. 2. Структурная схема процессора UltraSPARC T1
Этот высокопроизводительный процессор со сниженным энергопотреблением будет впервые использован в новых передовых серверах Sun Fire уже в 2005 году. Использующий технологию «многопотоковости на кристалле» CoolThreads, UltraSPARC T1 является первым в мире экологическим процессором. Исследования показывают, что высокая производительность процессоров UltraSPARC T1 позволяет уменьшить число всех web-серверов в мире, что может существенно сократить потребление энергии и оказать такое же влияние на снижение содержания углекислого газа в атмосфере, что и увеличение площади леса на 400 тыс. га.
В то время как энергопотребление большинства современных процессоров составляет около 150 Вт, процессору UltraSPARC T1 необходимо всего около 70 Вт, что сравнимо с объемом энергии, потребляемой многими бытовыми лампочками. UltraSPARC T1 обеспечивает высокую скорость обработки транзакций и позволяет экономить миллионы долларов за счет снижения расходов на электропитание и охлаждение систем вычислительных центров, а также на аренду помещений.
UltraSPARC T1, разработанный на базе архитектуры SPARC, поддерживает технологию CoolThreads и имеет восемь ядер, способных одновременно выполнять по четыре потока. Кроме того, данный процессор, отличающийся, как уже было сказано, низким энергопотреблением, обеспечивает в то же время существенный прирост производительности системы и использует преимущества разработанной специалистами Sun инновационной архитектуры «многопотоковости на кристалле» (Chip Multi-Threading, CMT) для эффективного выполнения многопотоковых приложений.
Итак, UltraSPARC T1 — это:
- первый процессор, который объединяет 32 системы на одном кристалле, производимом с использованием 90-нанометровой технологии. Благодаря восьми ядрам с тактовой частотой 1,2 ГГц, которые по суммарной производительности сравнимы с гипотетическим процессором с частотой 9,6 ГГц, новый процессор обеспечивает огромные преимущества;
- первый процессор с целым рядом дополнительных компонентов — так, интеграция коммуникационных средств в процессор делает систему более компактной, снижает ее энергопотребление и повышает производительность;
- первый процессор с четырьмя контроллерами памяти — эффективные средства передачи данных между вычислительными ядрами и памятью доставляют процессору данные с той скоростью, с которой он может их обработать;
- высокая производительность при низком уровне энергопотребления, поскольку минимальные задержки при доступе к памяти позволяют передавать больше данных за конкретный интервал времени;
- первый процессор, потребляющий менее 70 Вт энергии и, как следствие, генерирующий меньше тепла.
UltraSPARC T1 позволяет повысить защищенность системы за счет 10-кратного ускорения шифрования (в сравнении с процессорами конкурентов) и более эффективного выполнения программных средств обеспечения безопасности. Процессор шифрует тот же объем данных за меньшее число циклов, чем другие процессоры. При этом на шифрование расходуется всего лишь 5% ресурсов процессора.
Пять лет назад наши инженеры осознали ограничения традиционной архитектуры процессоров и приступили к разработке технологии CoolThreads. Результат их работы по значимости не уступает созданию процессоров с архитектурой RISC и может оказать столь же заметное влияние на рынок, как технология Java.
По мере увеличения мировых цен на энергоносители проблема потребления энергии современными вычислительными центрами становится все более серьезной как в экономическом, так и в экологическом плане, поскольку:
- возможности 80% всех вычислительных центров ограничены тепловыделением и энергопотреблением;
- количество тепла, выделяемого аппаратными системами одинакового объема, за последние 5 лет увеличилось более чем в 4 раза;
- в 40% вычислительных центров необходимо модернизировать систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха;
- более чем в 50% вычислительных центров регистрируются температурные показатели, превышающие средний уровень.
Проблемы, связанные с энергопотреблением и охлаждением систем, сегодня не менее важны, чем производительность. Прошли те времена, когда устройства сравнивались по соотношению «цена/производительность». Главное сегодня — это эксплуатационные показатели, своеобразный КПД — то есть та производительность, которую выдает процессор, потребляя определенное количество электричества, воды, воздуха и места. И у UltraSPARC T1 здесь конкурентов нет.
Sun Microsystems планирует начать поставки новых серверов Sun Fire с поддержкой технологии CoolThreads уже в этом году.
Теперь поговорим об инновациях в сфере программного обеспечения. Sun Microsystems не в первый раз обновляет версию ОС Solaris, и каждая новая версия всегда отличается от предыдущей, но эти нововведения не всегда было легко понять даже специалистам. Однако у Solaris 10 есть несколько усовершенствований, которые понятны всем, причем они приводят к существенному улучшению работы компьютерных систем на базе Solaris 10. Так, в последнее время оказались особенно востребованными ОС, способные работать в гетерогенных средах на аппаратных платформах от различных производителей, поскольку большинство компьютерных систем на предприятиях построены именно таким образом. Новая версия Solaris 10 функционирует на нескольких платформах — SPARC, x86 и AMD64, что позволяет защитить инвестиции заказчика. Кроме того, реализована совместимость на уровне исходных текстов прикладного ПО для платформ SPARC и x86, а также обеспечивается работа приложений Linux, скомпилированных для платформы x86.
Solaris традиционно славится высокой надежностью. Среди возможностей новой версии, которые должны еще больше укрепить эту репутацию, важнейшее место занимает технология контейнеров — Solaris Containers. Контейнеры, или зоны, представляют собой отдельные виртуальные системы, внутри каждой из которых существует собственное пространство имен и процессов, свои наборы пользователей, каталогов, сетевых адресов. Зоны изолированы друг от друга, благодаря чему процессы и пользователи, работающие в одной зоне, не имеют доступа к другой. И даже у суперпользователя (Root) зоны нет возможности увидеть, что делается в другой зоне. Таким образом, даже в случае взлома отдельной зоны злоумышленник не получает доступа ко всей системе, а остается в рамках только этой зоны.
Контейнеры позволяют распределять системные ресурсы (процессорное время, ОЗУ, дисковое пространство) между отдельными процессами, группами процессов и пользователями. Например, администратор может выделить 40 частей (Shares) процессорного времени серверу баз данных, 30 частей — серверу приложений; 5 раз по 10 частей — 5 web-серверам, работающим в режиме горизонтального масштабирования, в результате чего все эти приложения гарантированно получают свою долю процессорного времени. Технология Solaris Containers дает администратору уникальную возможность создания виртуальных серверов, не пересекающихся друг с другом ни по пользователям, ни по процессам. Каждый из этих виртуальных серверов можно перезагружать по отдельности; можно также запускать и останавливать сервисы и давать пользователям доступ, не опасаясь, что это затронет другие виртуальные серверы, работающие на этой машине.
Важной особенностью реализации Solaris Containers является то, что поддержка даже нескольких десятков и даже сотен виртуальных серверов не увеличивает нагрузку на администратора: все контейнеры работают в рамках одной копии ОС Solaris и могут наследовать все установленные пакеты и патчи, а также глобальные настройки. Таким образом, администратор не должен поддерживать каждый виртуальный сервер в отдельности, поскольку использование технологии контейнеров не налагает на него дополнительных обязанностей. Кроме того, эта технология является экономичной и в плане системных ресурсов: на каждый контейнер требуется менее 1% накладных расходов по сравнению с полноценными виртуальными машинами, в которых функционируют отдельные копии ОС.
Одна из интересных возможностей Solaris 10 — это консолидация сообщений об ошибках. Теперь система фиксирует только первопричину ошибки, а не порождает лавину сообщений о различных неполадках, возникших в результате одного-единственного сбоя. Благодаря этому можно сэкономить многие часы рабочего времени администраторов, пытающихся понять причины ошибки. ОС анализирует статистику работы аппаратуры и заранее прекращает использование подозрительных компонентов. Например, обнаружив возникновение корректируемых ошибок оперативной памяти, система оповестит об этом администратора, а сама постарается больше не использовать «умирающий» чип.
Наконец, Solaris 10 имеет средства самолечения (Predictive Self Healing). Заметив неполадки в работе приложений и сервисов, ОС автоматически перезапускает их, благодаря чему последствия случайных сбоев в основном устраняются за считаные секунды без вмешательства администратора.
Чрезвычайно важным является обеспечение не только бесперебойной, но и производительной работы приложений. Чтобы упростить анализ функционирования ПО в реальных условиях, компания Sun включила в новую версию своей ОС средство динамической трассировки задач — Dynamic Tracing (DTrace), которое контролирует более 30 тыс. различных точек системы (так называемых проб), позволяя администраторам собирать любую статистику: о частоте системных вызовов, объемах передаваемых данных, размерах стеков, о загрузке процессоров и т.п. Для создания специализированных сценариев контроля за работой системы DTrace имеет собственный язык программирования D. За счет анализа работы реальной, а не тестовой системы возникает возможность оперативно понять причины снижения производительности приложения, а суммарная производительность системы при точной настройке иногда возрастает в 30 раз.
Еще одно важное событие 2006 года — это то, что компания Sun Microsystems, в рамках проекта OpenSolaris, открыла доступ к более чем 5 млн. строкам исходного кода Solaris 10, и теперь ОС Solaris 10 можно бесплатно загрузить с web-сайта www.sun.ru. В октябре компания Sun Microsystems объявила о том, что с 31 января (момента официального выпуска ОС) было распространено 3 065 092 зарегистрированных лицензий на использование ОС Solaris 10. Пользователи продолжают бесплатно загружать ОС Solaris 10 — каждую неделю регистрируется около 80 тыс. новых лицензий. ОС Solaris 10 в настоящее время поддерживает широчайший спектр отраслевых платформ, в том числе системы на базе процессоров SPARC, AMD Opteron и Intel Xeon, от самых разных производителей, включая Dell, Fujitsu, IBM и HP.
И в заключение хотелось бы подчеркнуть, что все инновации в компании Sun Microsystems делаются не ради самих инноваций, а для решения конкретных проблем, с которыми сталкиваются потребители. Например, одна из характерных черт современного ИТ-рынка — быстрое развитие возможностей серверов, рост потребностей ИТ-департаментов. Купив сервер сегодня, через два года компания будет вынуждена приобрести новую, более мощную машину. В серверах компании Sun Microsystems предусмотрено постепенное добавление в сервер новых процессоров по мере необходимости, причем в одной системе, в рамках одного домена могут работать как процессоры UltraSPARC III с частотой 900 МГц, выпущенные в 2001 году, так и процессоры UltraSPARC IV+ с частотой 1500 МГц, выпущенные в 2005 году, плюс еще пять разных видов процессоров UltraSPARC с частотами от 1050 до 1350 МГц. Таким образом, любая компания может расширять свои вычислительные возможности, одновременно сохраняя все вложенные в них средства.
