Virtualizzazione e ottimizzazione di risorse in un data center di una grande organizzazione

Introduzione
In una realta` di business sempre piu` dinamica e globale, per mantenersi com-
petitive, le aziende di tutto il mondo scelgono di operare in ambienti digitali.
Questo stile di lavoro richiede che i membri dei team di organizzazioni dislo-
cate in diverse aree geografiche siano perfettamente in grado di collaborare,
facendo affidamento su fattori quali rapidita`, mobilita` e connettivita`.
Molte organizzazioni alle prese con queste problematiche si sono rivolte
alla virtualizzazione, che consente di migliorare l’efficienza delle operazioni
IT e i tempi di risposta al mutare delle condizioni. Originariamente incentra-
ta sul consolidamento delle risorse nel Data Center, la virtualizzazione vede
oggi diverse applicazioni in ambito IT, contribuendo a ridurre i costi. Per vir-
tualizzazione si intende, in letteratura, la creazione di una versione virtuale
di una risorsa normalmente fornita fisicamente. Qualunque risorsa hardware
o software puo` essere virtualizzata: sistemi operativi, memoria, spazio disco,
sotto-sistemi. Un tipico esempio di virtualizzazione e` la divisione di un di-
sco fisso in partizioni logiche. Meccanismi piu` avanzati di virtualizzazione
permettono la ridefinizione dinamica tanto delle caratteristiche della risor-
sa virtuale, tanto della sua mappatura su risorse reali. La virtualizzazione
permette l’ottimizzazione delle risorse e la capacita` di far fronte a esigenze
specifiche secondo il piu` classico paradigma dell’on demand.
Oggi piu` che mai le aziende sono pressate dall’esigenza di ridurre i costi e
aumentare l’efficienza. Per raggiungere questo obiettivo, la virtualizzazione
si rivela uno degli strumenti piu` efficaci: consente infatti di ottimizzare e
semplificare numerosi processi che normalmente richiedono molto tempo e
di ridurre al minimo le risorse necessarie per il deployment e la gestione dei
sistemi IT.
I Data Center, i grandi centri dove operano centinaia di server su cui
girano enormi volumi di dati, sono coinvolti in una sfida che chiama in primis
le piu` importanti aziende tecnologiche a ridurre in modo sensibile le emissioni
nocive e i consumi di energia.
L’ultimo esempio in tal senso porta la firma di T-Systems, la divisione che
si occupa di servizi It e di telecomunicazioni in seno a Deutsche Telekom, e
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Indice
di Intel. Le due compagnie hanno infatti messo a fattor comune le rispettive
competenze in materia e dato vita a Monaco al progetto Data Center 2020,
votato alla realizzazione di un centro di elaborazione dati realmente ”green”,
finalizzato in particolare a raggiungere livelli assai elevati di efficienza ener-
getica. L’obiettivo sottoscritto dalla due societa` e` per l’appunto quello di
redigere un piano per lo sviluppo e la gestione di un Data Center del futuro,
fortemente orientato al rispetto ambientale e alla limitazione dei consumi (e
quindi dei costi).
In questo scenario si inserisce il presente studio, frutto anche di un’atti-
vita` di ricera svoltasi presso TSF ( Tele Sistemi Ferroviari), con lo scopo di
affrontare le tematiche relative alla virtualizzazione connesse alla riduzione
dei costi e quindi al risparmio energetico in un Data Center di una grande
organizzazione.
Nei primi due capitoli sono introdotti la definizione di Data Center con i
suoi relativi processi e il concetto di virtualizzazione con i suoi vantaggi e i
possibili impieghi.
Il terzo capitolo si sofferma invece sui costi e sui benefici di un Data
Center derivabili dalla virtualizzazione.
Il quarto capitolo analizza il concetto di Green Data Center soffermandosi
su come intervenire al fine di limitare i consumi energetici inerenti le sale Data
Center.
L’ultimo capitolo, infine, e` dedicato alla presentazione del contesto spe-
rimentale e, quindi, alla descrizione dei software utilizzati per l’analisi spe-
rimentale relativa all’ottimizzazione del numero di server utilizzati facendo
ricorso alla virtualizzazione.
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Capitolo 1
Data Center o Centro
Elaborazione Dati
Si definisce ”Data Center”(in italiano: Centro Dati o CED: Centro Elabo-
razione Dati), il complesso di strutture, apparati e sistemi tecnologici atti
a tenere in rete (on-line) uno o piu` computer (server) che forniscono servizi
pubblicamente. E` il luogo che ospita i sistemi di elaborazione, gli apparati di
storage e telecomunicazione. Il ruolo di un Data Center e` quello di provvedere
ad un’alimentazione corretta dal punto di vista elettrico e quello di garantire
le condizioni idonee di umidita` e temperatura, affinche` la piattaforma possa
funzionare al meglio. Infatti, tutti gli apparati elettronici producono calore
e, se non adeguatamente raffreddati, riducono la propria funzionalita`.
Il data center e` oggi al centro di un vasto processo di rinnovamento.
Un po’ per poter assolvere a compiti sempre piu` complessi con budget che
limitano il ricorso a nuovo hardware e un po’ perche´ non c’e` modo per farne
uno strumento di attuazione delle strategie aziendali se non riducendo il peso
e il costo delle operazioni quotidiane attraverso l’uso di risorse pensate per
un impiego razionale ed ottimizzato. Il concetto di data center si e´ inoltre
evoluto all’interno del proprio modello di business. Le aziende che forniscono
storage ridondato ed esternalizzato ad altre compagnie stanno realizzando
impianti ai massimi livelli tecnologici su scala globale. Al cuore di queste
realizzazioni vi e´ l’infrastruttura IT.
1.1 Componenti di un Data Center
I Data Center includono sistemi di networking ad elevata velocita` ed alte
prestazioni in grado di gestire traffico per SAN (Storage Area Networks),
NAS (Network Attached Storage), server farm ed altri componenti collocati
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Data Center o Centro Elaborazione Dati
in ambienti controllati. Il controllo ambientale si riferisce al rilevamento di
temperatura, umidita`, allagamento, incendio e intrusione. La comunicazione
entrante ed uscente dal data center viene realizzata tramite collegamenti a
livello di WAN, MAN in una varieta` di configurazioni sulla base delle diverse
necessita` del centro specifico. Un data center correttamente progettato ga-
rantira` disponibilita`, accessibilita`, scalabilita` ed affidabilita` di tipo 24h x 7
per 365 giorni all’anno, fatto salvo ogni eventuale intervento di manutenzio-
ne programmata. Non vi sono particolari differenze rispetto ai tipici valori
richiesti dagli operatori, con affidabilita` pari al 99,999%. Esistono essen-
zialmente due tipologie di data center: quelli di tipo corporate/istituzionale
(CDC) e gli Internet Data Center (IDC). I primi vengono normalmente ge-
stiti e mantenuti dall’azienda stessa, mentre i secondi vengono tipicamente
gestiti da ISP (Internet Service Provider). Questi ultimi forniscono siti web,
co-location e altri servizi dati quali la gestione della posta elettronica in
outsourcing per le aziende.
I data center vengono controllati tramite un NOC (Network Operations
Center) che puo` essere interno piuttosto che gestito da una terza parte. Il
NOC e´ il primo luogo in cui si evidenziano eventuali problemi ed il punto
di partenza per eventuali azioni correttive e vengono normalmente presidiati
durante tutte le ore di attivita`; nei data center operativi 24x7 l’attivita` e´
quindi continua. Gli elementi di monitoraggio degli apparati segnaleranno
al NOC gli eventuali problemi di surriscaldamento, interruzioni e guasti dei
componenti tramite una serie di parametri che possono essere configurati su
ciascun apparato o tramite un software di monitoraggio esterno che gestisca
tutto il parco macchine.
1.1.1 Pianificazione di un Data Center
La pianificazione di un Data Center e´ divenuta una specialita` nel mondo
della progettazione. Numerose societa` presentano nella propria struttura un
esperto in materia, in alternativa si rivolgono a consulenti che possano fornire
supporto per quanto riguarda le soluzioni d’apparato specifiche, non valuta-
bili dai tipici specialisti nel settore elettrotecnico piuttosto che meccanico.
L’apparato ospitato in un data center presenta specifiche ad hoc relativa-
mente ai parametri termici, di assorbimento elettrico e di ingombro. Un
tipico data center e´ fondamentalmente costituito dai seguenti componenti:
• Server di rete
• Infrastruttura di calcolo e di rete (cablaggio in rame/in fibra, apparati)
• NOC, inclusa comunicazione e monitoraggio
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Data Center o Centro Elaborazione Dati
• Sistemi di distribuzione e generazione alimentazione (UPS, generatori)
• Sistemi di controllo ambientale, di ventilazione e condizionamento
• Sistemi antincendio (inclusi sistemi di soppressione ad Halon)
• Controllo accessi
• Interruttori / Elementi di protezione da scariche elettriche (anti-fulminazione)
• Sistemi di illuminazione
• Sistemi di messa a terra
• Armadi e cabinet per apparati
• Canalizzazioni, pavimenti flottanti, controsoffitti
• Circuiti ed apparati TLC (operatore pubblico)
I data center devono quindi essere attentamente pianificati anteriormen-
te alla realizzazione dell’edificio per poter garantire la conformita` a tutte le
norme vigenti. I requisiti di progettazione devono includere la scelta del sito
ed il relativo posizionamento, gli spazi, la potenza disponibile, il condiziona-
mento, il carico, gli accessi, la qualita` ambientale, la valutazione dei rischi e
le eventuali espansioni. Per poter valutare tutti i precedenti requisiti, il pro-
gettista deve ben conoscere i componenti che verranno posizionati nel data
center, inclusi gli apparati, il cablaggio, i server ecc..
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Data Center o Centro Elaborazione Dati
Figura 1.1: Elementi tipici di una sala Server: server 1U (a sinistra), 7 rack
con Ethernet switch (al centro), e schema di un cluster di piccole dimensioni
con un cluster di switch Ethernet a livello di router (a destra)
Deve quindi essere valutato il numero di utenti, il tipo di applicazioni e
le relative piattaforme, gli ingombri previsti per l’elettronica ed in partico-
lare la crescita prevista o attesa. Un adeguato dimensionamento diventa un
fattore critico per un data center cos`ı come il cablaggio lo e´ per una rete di
comunicazione. I data center di maggiori dimensioni vengono progettati a
livelli, ciascuno dei quali esegue funzioni diverse ed in genere su livelli diversi
di sicurezza. Un diverso grado di ridondanza e´ prevedibile per ciascun livel-
lo, piuttosto che sulla base di una diversa posizione geografica ed in funzione
delle necessita` degli utenti.
1.1.2 Finalita` e attivita` di un Data Center
Il Data Center serve a coordinare e gestire la diffusione delle informazioni
all’interno della realta` in cui opera affinche´ si abbiano a disposizione tut-
te le conoscenze necessarie senza essere sopraffatti dall’obesita` da nozione,
effetto primario dell’eccesso di informazioni, spesso ridondanti, che sono a
disposizione di ognuno.
In quest’ottica un Data Center deve fornire il supporto informatico sia
generico che specifico per la gestione organizzativa e amministrativa e le
attivita` di sorveglianza. Fornisce inoltre consulenza tecnico-scientifica alle
diverse strutture in materia di sistemi di elaborazione, reti di calcolo e sistemi
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Data Center o Centro Elaborazione Dati
informativi oltre a valutare le esigenze e gli obiettivi da realizzare per la
funzionalita` dei servizi informatizzati.
Nelle realta` piu` grandi e` responsabile dell’orientamento dei responsabili
di progetto che lo richiedano, delle scelte di sviluppo e di gestione dei loro
sistemi informatici e telematici periferici e dell’assistenza delle sezioni o se-
di distaccate nella gestione, nell’utilizzo di sistemi informatici e nelle scelte
strategiche ed operative.
In alcuni casi, ed in alcune limitate realta`, svolge attivita` di studio, ricer-
ca, didattica e coordinamento nel campo dell’informatica e delle sue appli-
cazioni, mantiene rapporti e sviluppa collaborazioni con enti e organismi
pubblici e privati nei settori di comune interesse e promuove la diffusio-
ne di una cultura informatica, attraverso la formazione, la qualificazione e
l’aggiornamento degli utenti.
Figura 1.2: Interno di un Data Center
Il Data Center provvede quindi a:
• fornire consulenza tecnico-scientifica alle strutture in materia di sistemi
di elaborazione, reti di calcolo e sistemi informativi;
• valutare le esigenze e gli obiettivi da realizzare per la funzionalita` dei
servizi informatizzati;
• svolgere attivita` di studio, ricerca, didattica e coordinamento nel campo
dell’informatica e delle sue applicazioni; mantenere rapporti e svilup-
pare collaborazioni con enti e organismi pubblici e privati nel settore
di comune interesse;
• orientare i responsabili di progetto che lo richiedano, nelle scelte di
sviluppo e di gestione dei loro sistemi informatici e telematici periferici;
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Data Center o Centro Elaborazione Dati
• Acquisire, predisporre e gestire apparecchiature informatiche e le strut-
ture telematiche, programmi, basi di dati, comunicazioni, documenta-
zione e quant’altro di uso comune.
• Definire le politiche di sicurezza, definire i limiti di utilizzo delle risorse
del Data Center e a far rispettare il regolamento informatico.
Le Attivita` del Data Center sono:
• Gestione di Sistemi Operativi del DC (Data Center) e consulenza per
strutture HP-UX, AIX, Super-UX, Linux, Solaris, Windows, Macinto-
sh;
• Gestione software e hardware dei server del DC;
• Monitoraggio attivita` dei server del DC, del traffico di rete e archivia-
zione di questi dati;
• Gestione delle memorie di massa e dei backup dati sui server del DC;
• Cura dei rapporti tecnico-operativi con le sezioni attraverso la figura
del referente informatico di sezione;
• Cura dei seguenti servizi di rete: posta elettronica, web server internet
e intranet, IP e DNS, server FTP, server di accesso, server proxy http,
server firewall, stampa in rete e connettivita` locale e geografica col
protocollo TCP/IP.
• Gestione software della centrale telefonica;
• Predisposizione di eventuali convenzioni con soggetti pubblici e privati.
1.2 I Processi di un Data Center
All’interno del Data Center possiamo distinguere 6 Macro-Processi nel cui
ambito vengono analizzati diversi processi che ricoprono rispettivamente di-
verse aree di attivita`.
I Macro-Processi sono:
• Operations.
Il macro-processo ”Operations” descrive le attivita` legate all’esercizio
dei sistemi e degli impianti in coordinamento con le funzioni a perime-
tro, in particolare con Control Room per garantire la continuita` opera-
tiva richiesta dai servizi in erogazione presso i Data Center. Assicura
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Data Center o Centro Elaborazione Dati
la continuita` dei servizi nel Data Center e garantisce il mantenimento
costante degli SLA entro i limiti concordati con il Cliente.
• Delivery Sistemi.
Il macro-processo di ”Delivery Sistemi” riguarda la progettazione, la
realizzazione ed il delivery di sistemi ed infrastrutture ospitate presso
un Data Center. Il macro-processo coinvolge principalmente le funzioni
Progettazione-Delivery e Data Center della struttura ICT Operations.
• Delivery Facility.
Il macro-processo di ”Delivery Facility” riguarda la progettazione e la
realizzazione delle infrastrutture all’interno dei Data Center. Assicura
l’efficienza dei servizi di facilities nei Data Center e garantisce il man-
tenimento costante degli SLA/ OLA entro i limiti previsti nei contratti
aziendali.
• Data Management.
Il macro-processo di ”Data Management” riguarda principalmente la
gestione delle infrastrutture di backup e SAN (Storage Area Network)
al fine di garantire una efficiente operativita` nelle attivita` di backup e di
restore e, quindi, il rispetto degli SLA/OLA concordati con il Cliente. A
tal fine, si evidenzia anche la presenza di attivita` di laboratorio mirate
a testare periodicamente il grado di affidabilita` dell’infrastruttura di
backup presente nel Data Center.
• Sicurezza fisica nei Data Center.
Nel macro-processo di ”Sicurezza Fisica nei Data Center” vengono ana-
lizzati gli aspetti di sicurezza relative alle risorse materiali ed imma-
teriali ospitate nei Data Center. Il macro processo riguarda la pro-
gettazione, la realizzazione e l’adeguamento degli impianti di sicurezza
e, inoltre, la modalita` di intervento e di gestione degli eventi dannosi
(incidenti e crisi). I luoghi fisici oggetto delle attivita` di Sicurezza Fi-
sica sono composti da aree ad uso ufficio ed aree riservate fisicamente
separate tra loro e finalizzate a diverse attivita`.
• Strumenti per il controllo della qualita` nei Data Center.
Il macro-processo ”Strumenti per il controllo della Qualita` nei Data
Center” si pone l’obiettivo di adottare un sistema di gestione della
qualita` con lo scopo di applicare le regole aziendali in modo tale da per-
seguire una politica di miglioramento dei servizi offerti e di diffondere
il sistema di gestione della qualita` previsto dai vertici aziendali.
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Data Center o Centro Elaborazione Dati
1.3 Il Data Center nell’Azienda
Nelle piccole e medie imprese e` frequente imbattersi in computer non connessi
tra di loro o connessi in maniera grossolana, magari ad opera di diversi tecnici
che in sessioni successive hanno operato per risolvere specifici problemi senza
avere una visione d’insieme della situazione.
Per prima cosa bisogna convincere l’azienda ad abbandonare il classico
concetto di ”tecnico tuttofare” a favore della creazione di un DC vero e
proprio.
Poiche´ questa operazione non sempre viene vista di buon occhio, e` oppor-
tuno spiegare dettagliatamente i vantaggi della strutturazione in rete ed in
particolare le tre tipologie di servizi: la messaggistica, la condivisione delle
risorse e la sorveglianza.
• La messaggistica e` quel servizio che permette di interagire vocalmente
o per scritto. Fanno parte di questo tipo di servizi sia la comunicazione
cartacea, il telefono e il fax che le E-Mail, l’instant messaging, le chat
ed i sistemi di videopresenza.
• La condivisione delle risorse e` quel servizio che permette di utilizzare
una unica risorsa in piu` persone. Fanno parte di questo tipo di servizi
gli spool di stampa, i server di Backup, gli spazi virtuali comuni.
• La sorveglianza e` quel servizio che garantisce la sicurezza dei dati pre-
senti nei locali fisici e virtuali. Fanno parte di questo tipo di servizi
sia la protezione fisica delle apparecchiature che la supervisione come
difesa dalle manomissioni software e dagli accessi non autorizzati.
Le SAN e le soluzioni NAS hanno permesso di realizzare la condivisione
dei dischi tra server o attraverso la rete, fornendo un’alternativa piu` semplice
e rapida alle vecchie tecnologie di mirroring. Gli apparati possono essere
collegati tramite Fibre Channel, SCSI o mediante un cablaggio classico per
reti IP. Questi ultimi prodotti stanno trovando ampi spazi di espansione,
consentendo una comunicazione direttamente IP o mediante tunneling IP, il
che rende queste soluzioni assai piu` scalabili ed affidabili di quelle che le hanno
precedute. I Data Center sono caratterizzati da un’elevata concentrazione
d’apparati e di conseguenza deve essere prevista un’alta densita` di cablaggio.
Il cablaggio puo` essere in rame (UTP/ScTP) o in fibra ottica (SM/MM),
sulla base delle interfacce d’apparato. Una tipica soluzione vede fibre dark
posate unitamente alle fibre che porteranno il servizio.
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Data Center o Centro Elaborazione Dati
1.4 Problemi e soluzioni per le sale Data
Center
L’ampliamento del ruolo della tecnologia informatica nel corso dell’ultimo
decennio ha costretto le aziende ad incrementare rapidamente le dimensioni
dei propri data center. Nel tentativo di soddisfare le esigenze di crescita, i
data center sono diventati complessi, inefficienti e difficili da gestire. L’evolu-
zione dell’Information Technology e´ caratterizzata negli ultimi tempi da una
velocita` di cambiamento non riscontrabile in passato. Questi cambiamenti si
ripercuotono inevitabilmente sulle sale DC che gia` risultavano in crisi perche´
cresciute tumultuosamente, spesso in luoghi inadatti, econ carenze struttura-
li di base e, spesso, con uno sviluppo avvenuto per stratificazioni di interventi
e senza un progetto globale. In molti casi le sale CED sono oggi un luogo
caotico, e spesso inadeguato dal punto di vista della sicurezza per ospitare il
patrimonio informativo aziendale.
Figura 1.3: Sala Data Center
Oggi le sale DC:
• Consumano troppa energia.L’attenzione crescente al contenimento
dei costi, e alla salvaguardia dell’ambiente, impone di ridurre i consumi
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