Методика управления конфигурационными параметрами, программными артефактами и метриками состояния вычислительных компонент в глобально распределенных облачных информационных комплексах

Введение

Бурное развитие информационных систем и технологий приводит к необходимости использования все большого набора вычислительных элементов для построения глобально-распределённого вычислительного комплекса (ГРВК). Несмотря на географическое разделение единой информационной среды, IT компании нуждаются в централизованном управлении техническим облуживанием ГРВК, с учетом постоянных изменений в топологии информационной среды (ИС), связанных с модернизацией аппаратных вычислительных компонент, а также непрерывным варьированием количества виртуальных машин в облаке.

Наличие базы данных управления конфигурациями CMDB (англ. Configuration Management Data Base), помогает повысить точность хранимых конфигурационных сведений CI (англ. Configuration Item), о текущем состоянии всех вычислительных компонент в ИС. Постоянный сбор, согласование и обслуживание CI делают данные надежными и пригодными для использования в системах автоматизированного технического обслуживания ГРВК.

Записи взаимосвязей CI друг с другом, независимо от того, находятся ли они между структурами конфигурации служб или внутри структур конфигурации служб, хранятся в ядре CMDB, что предопределяет существенное отличие CMDB от базы данных хранения инвентаризационных параметров и идентификаторов активов ГРВК, так как системы управления инвентаризацией ИС отвечают за хранение информации о вычислительных элементах, а не за конфигурационные параметры описывающие цепочки логической зависимости между этими элементами. Однако без понимания взаимосвязей невозможно понять конфигурацию вычислительного окружения или то, как объединенные компоненты предоставляют и поддерживают информационные услуги.

Рисунок 1. Рабочие процессы обслуживания ГРВК.

Использование CMDB позволяет наладить методику для непрерывного улучшения существующих рабочих процессов (рисунок 1), а также предоставлять новые возможности для автоматизации технического обслуживания ИС, которые ранее были недоступны при использовании разнородных хранилищ данных.

Главными преимуществами наличия CMDB является:

1. Консолидация CI, которые ранее были распределены в разных служебных подсистемах;

2. Единая база достоверных данных;

3. Объединение всех служб/источников и потребителей CI информации.

Объект и цели научного исследования

Объектом исследования является ГРВК компании RingCentral (США), как лидера мирового рынка предоставления услуг UCaaS (англ. Unified Communication as a Service) ^[1]. Так, существующая система инвентаризации вычислительных компонент в облаке RingCentral^[2], построена с использованием программного обеспечения (ПО) с открытым исходным кодом RackTables ^[3]. Службы управления изменениями, инцидентами, проблемами, выпусками новых версий ПО и т.д., представляют из себя независимые подсистемы (рисунок 2) с внутренними системами вычисления и хранения данных, что приводит к многократному дублированию информации CI. Это приводит к снижению возможности автоматизации рабочих процессов по технической поддержке ГРВК ^[4,5,6,7], а следовательно, увеличивает затраты компании на обслуживание ИС.

Рисунок 2. Служебные подсистемы обслуживания ГРВК.

Цель научного исследования – создание централизованной, высоко доступной базы данных управления конфигурациями ГРВК, как источника текущей достоверной информации о всех компонентах в ИС, для последующей автоматизации технологических процессов по управлению изменениями ^[8], инцидентами ^[9], непрерывному мониторингу ^[10] и восстановлению работоспособности вычислительных элементов в информационном облаке ^[11].

Методика эксперимента и ее математическая модель

Для выбора наиболее подходящей технологии для создания CMDB, необходимо определить основные статусы в жизненном цикле хранения CI для любых компонент облака (таблица 1), которые могут быть физическими, виртуальными или контейнерными.

Таблица 1 – Статусы жизненного цикла хранения CI:

Стандартный алгоритм последовательности создания компоненты с точки зрения жизненного цикла хранения CI в CMDB представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Последовательность жизненного цикла хранения CI в CMDB

Для решения задачи рационального выбора архитектуры CMDB, был произведен расчет потоков требований на обслуживание от компонент ИС, поступающих в базу данных управления конфигурациями и выходящих из неё, длительности ожидания и длины очередей, с учетом периоды опроса разнородных источников хранения CI определен бизнес задачами и представленными в таблице 2. Главным показателем производительности системы стало время ожидания (1) записи или чтения всего спектра CI, с учетом мульти тысячного количества вычислительных компонент в ГРВК (2).

Таблица 2 – Периоды опроса источников хранения CI:

Расчет был выполнен с использованием классических математических формул раздела теории вероятности, описывающих задачи теории массового обслуживания в системах с очередями типа M/M/1 (3), M/G/1 (4) и G/G/1 (5), т.е. с одним обслуживающим элементом очереди ^[11]:

, где, λ – значение интенсивности поступающих заявок за интервал времени Т (λ = 1/T); µ – значение интенсивности обслуживания заявок системой за интервал времени Тq (µ = 1/Tq); ρ – коэффициент использования обслуживающего прибора (ρ = λ/µ); L – количество CI в ГРВК; Lq – количество CI ГРВК находящихся в очереди на обслуживание CMDB; W – время ожидания системы; Wq – время ожидания в очереди на обслуживание; C2 – коэффициент отклонения случайной величины (C2 = Отклонение /(Среднее значение)2; C2s – коэффициент отклонения времени обслуживания; C2a – коэффициент отклонения времени доставки CI; σ2s – дисперсия времени обслуживания.

Результаты расчета показали, что наличие единой CMDB способно обслуживать более десяти миллионов CI согласно требованиям по обеспечению заданных периодов опроса разнородных систем управления работоспособностью ГРВК.

Для практической реализации CMDB с учетом необходимости предоставления графического представления взаимосвязей вычислительных элементов в ИС была выбрана система управления базами данных (СУБД) Neo4j, основанная на графовой системе с открытым исходным кодом, реализованной на языке программирования Java ^[12]. Функциональная схема интеграции с существующими источниками CI в ГРВК представлена на рисунке 4.

Рисунок 4. Модель интеграции CMDB с другими службами ГРВК

Заключение

В ходе проведения исследования были решены следующие научные задачи:

1. Визуализация на графическом интерфейсе текущего состояние ИС для отслеживания разницы между ожидаемым и фактическим состоянием вычислительной среды, после развертывания новых версий ПО, конфигураций, вывода компонент из эксплуатации, и т. д.

2. Подавление шума на графическом интерфейсе системы непрерывного мониторинга ГРВК, за счет исключения триггеров на основе информации CMDB о взаимосвязях логических и физических компонентов в ИС;

3. Создание методики оценки влияния сбоя в одном или группе элементов ИС на ГРВК в целом;

4. Создание методики превентивной оценки и решения проблем с пропускной способностью в ИС;

Разработка, практическая реализация и внедрение новой высоко доступной CMDB основанной на технологии СУБД с открытой лицензией Neo4j в международной инфокоммуникационной компании RingCentral, осуществляющей производственную деятельность в облачной ГРВК, обеспечили визуализацию взаимосвязей вычислительных элементов обслуживающих глобально распределенные информационные сервисы в режиме реального времени. Использование CMDB повысило эффективность обслуживания ГРВК и сократило время и затраты на развертывание новых выпусков ПО и устранение неполадок в ИС.