Linux clusters knagen aan midrange servermarkt

Horizontale versus verticale schaalbaarheid

Het Linux op Intel platform is sterk in opmars. Het open source operating system wordt met behulp van onder andere Unix leveranciers IBM, HP, Sun en SGI snel volwassen. En waar de PC architectuur voor wat betreft prestaties, stabiliteit en schaalbaarheid in eerste instantie geen partij is voor de Unix RISC systemen, blijkt een Beowulf cluster van standaard Lintel apparatuur datzelfde nu toch te kunnen. Maar dan wel veel goedkoper.

Het PC platform is nooit erg sterk geweest als het gaat om stabiliteit en schaalbaarheid, al was het daar dan ook nooit voor bedoeld. Hoewel de afzonderlijke processoren van Intel en AMD steeds meer een geduchte concurrent werden voor de proprietary RISC processoren van IBM, HP en Sun, is het ontwerp daaromheen altijd mijlenver achtergebleven. Voor wat betreft de processor zelf gaat het dan om de mogelijkheid om in een Symmetric Multi Processor (SMP) omgeving samen te werken met andere processoren. In de practijk blijkt een quad systeem nog goed te werken; daarboven wordt de speed-up te slecht om de extra investeringen te rechtvaardigen. Dat staat in schril contrast tot de grote Unix systemen die zonder problemen tot vele tientallen processoren opschalen. AMD heeft pas onlangs iets aan deze bottleneck proberen te doen met de introductie van de HyperTransport bus op zijn laatste processoren.

Hetzelfde geldt voor de periferie. Juist de snelle, brede infrastructuur die processoren verbindt met gespecialiseerde hulpsystemen, geheugen en I/O is wat high-end server systemen zo duur maakt. SGI, gespecialiseerd in zware machines voor wetenschappelijk rekenwerk en visualisatie, is bij uitstek een bedrijf dat hier erg goed in is.

Een soortgelijk verhaal kunnen we tenslotte nog afsteken voor de PC operating systems, die ook nooit ontwikkeld zijn om een behoorlijk aantal processoren aan het werk te houden, en voor de applicaties zelf, die niet alleen beperkt gebruik weten te maken van multi-processor systemen, maar ook fundamentele beperkingen in parallelliseerbaarheid kennen.

Horizontale schaalbaarheid

Het PC platform is door zijn lage prijs wel uitstekend geschikt voor wat inmiddels horizontale schaalbaarheid is gaan heten. Dat is marketing babbel voor gewoon een hele zwik pc's naast en op elkaar gestapeld. Dit in tegenstelling tot verticale schaalbaarheid, waarbij meer hardware wordt aangesloten of bijgeprikt, of anders gewoon een grotere machine naar binnen wordt gereden.

Zo'n goedkoop Linux cluster is vanwege zijn losse componenten en de relatief trage verbindingen daartussen echter niet geschikt voor toepassingen die veel communicatie tussen de afzonderlijke nodes vragen. Een dergelijke configuratie kan wel prima worden ingezet voor web servers, zwaar (wetenschappelijk) rekenwerk en visualisaties, en data analyses. SGI, dat zich met zijn high-end systemen bij uitstek in deze wereld beweegt, heeft dan ook veel lijden van de populariteit van Linux. Denk alleen maar aan al die bekende film en animatie studio's die zonder uitzondering grote Linux farms in huis hebben gehaald voor de rendering van hun beelden.

Die grote, zware Unix systemen zijn natuurlijk voorzien van allerlei hot-swappable redundantie. Voor bedrijfskritische systemen worden deze servers zelf regelmatig ook weer dubbel uitgevoerd. In een dergelijk fail-over opstelling staat de helft van de hardware dus niets te doen, alleen maar stand-by ingeval er met de eerste server iets mis mocht gaan. Als de applicatie het toelaat om deze op een Linux cluster te draaien, kan hier dus veel gewonnen worden. Alle nodes nemen een deel van de werklast voor hun rekening (load-sharing). Ingeval een cluster node uit mocht vallen, neemt een van de andere gewoon zijn taak over.

Oracle Real Application Clusters

De partij die zich van alle leveranciers het sterkst maakt voor de acceptatie van Linux clusters is natuurlijk Oracle. In de persoon van CEO Larry Ellison roept dat bedrijf als geen ander hoe goedkoop en betrouwbaar Intel gebaseerde clusters in het algemeen en Linux clusters in het bijzonder zijn. Waar voor eerder genoemde taken vooral de performance van de systemen van belang is, ligt de nadruk hier in eerste instantie op de schaalbaarheid. Voor de installatie van zijn Oracle 9i Database op zowel Linux als Windows levert het bedrijf het Real Application Clusters systeem (RAC), gebaseerd op de oude Oracle 8i Parallel Server (OPS). Het onderliggende Oracle Cluster File System (OCFS) maakt het mogelijk het cluster als een enkele entiteit te beheren. Daarmee is deze technologie gerelateerd aan de disk en CPU resource virtualisatie strategieën van IBM (Computing On Demand), HP (Utility Data Center) en Sun (N1). Oracle heeft de OCFS software aan de open source community gedoneerd, en hoopt dat deze tezijnertijd onderdeel zal worden van de standaard Linux kernel.

Oracle zelf is voor de levering van zijn RAC systemen een partnership aangegaan met Red Hat en Dell. Met de eerste voor het Linux Advanced Server operating system, en met de tweede vanwege zijn PowerEdge servers. Saillant detail is dat de RAC technologie van origine voor de AlphaServers van DEC is ontwikkeld, het bedrijf dat destijds werd overgenomen door Compaq, dat nu weer onderdeel is van concurrent HP.

De Red Hat distributie was al eerder gecertificeerd voor RAC; United Linux / SuSE is dat sinds enkele maanden. Hewlett-Packard levert Oracle 9i RAC met Red Hat of SuSE op zijn Parallel Database Clusters, opgebouwd uit ProLiant servers. En IBM doet datzelfde met SuSE op zijn xSeries lijn.

Afzetten

Oracle zet zich met zijn Intel clusters vooral af tegen directe concurrent IBM. De laatste tijd heeft het bedrijf immers marktaandeel verloren aan IBM's DB/2, dat ook voor Linux beschikbaar is. Bovendien trapt Oracle hiermee tegen de schenen van partner Sun. Dat bedrijf heeft de laatste tijd steeds meer moeite zijn high-end Solaris/Sparc systemen aan de man te brengen. We horen heel regelmatig verhalen over Sun systemen die worden opgeruimd om plaats te maken voor Linux clusters - Oracle zelf is zo'n bedrijf dat zoveel mogelijk van zijn systemen naar Red Hat Advanced Server op Dell hardware heeft gemigreerd.

Hoewel Sun sinds kort weldegelijk Intel gebaseerde systemen met Red Hat Linux verkoopt, blijft het vooralsnog stevig vasthouden aan zijn Solaris en Sparc platform. Wat hen betreft blijft Linux beperkt tot de onderkant van de markt en de randen van de infrastructuur. Van Linux clusters als vervanging van zware systemen in de back-office wil men bij Sun om begrijpelijke redenen niets weten. Waar IBM en HP ondernemingen die overstappen naar Linux gewoon als klant behouden, heeft Sun zijn klanten op dat gebied niet zo veel te bieden - en is ze dus kwijt.
IBM gaat daar veel handiger mee om. Hoewel ze er meer dan een handvol hebben, is het operating system voor hen niet interessant. Zij verdienen hun geld met de hardware eronder en de applicaties en services erbovenop. Niet alleen biedt Linux hen de mogelijkheid om al hun verschillende platforms te consolideren; het bedrijf heeft daarmee zelfs een manier gevonden om zijn mainframes nieuw leven in te blazen. Waar grote servers enerzijds vervangen worden door een hele zwik kleine systemen in een cluster, worden andersom alle losse kleine systemen samengeraapt op een enkele machine met soms wel honderden afzonderlijke virtuele Linux systemen.

Keuzen

Ook Gartner heeft weinig vertrouwen in de "strategie" van Sun. Dit onderzoeksbureau noemt de scheiding die Sun aanbrengt kunstmatig en niet vol te houden. Zij zien het Sparc-Solaris tandem aan de onderkant van de markt dan ook weggeveegd worden door Linux. Volgens Gartner voeren de Oracle Linux clusters uitsluitend concurrentie met de traditionele Unix systemen, die de komende jaren marktaandeel zullen blijven inleveren. Zowel Linux als Windows blijven beiden de snelst groeiende platforms, ondanks dat Gartner een sterk groeiende bereidheid signaleert om Windows systemen te vervangen door Linux. Als belangrijkste bedreigingen voor Microsoft worden genoemd de lage Total Cost of Ownership, de ondersteuning van Linux door alle Unix leveranciers, en de afkeer van Microsoft, maar ook de ondersteuning door software leveranciers (ISV's, Independent Software Vendors), en steeds meer overheden die het gebruik van open source software als beleid inzetten.

De prijs en prestaties van RAC zullen geen doorslaggevende factor zijn bij de keuze voor een platform; volgens Gartner zijn deze voor Linux maar een fractie beter dan voor Windows. Zij wijzen er echter op dat de inzet van Linux de komende tijd een stuk goedkoper zal worden naarmate de ondersteuning van de systeembeheerder steeds beter wordt.

Applicaties

Het grootste probleem van Linux is dat veel applicaties nog niet beschikbaar zijn voor dat platform. Oracle heeft om deze reden een speciaal programma voor ISV's in het leven geroepen, waarbij het bedrijf meebetaalt aan het porten van hun toepassingen naar Linux. De meestgehoorde klacht van de software leveranciers, namelijk dat de Linux wereld met al zijn distributies te verplinterd is om software voor te schrijven, is inmiddels achterhaald. Twee, drie jaar terug ontwikkelde men nog voor vijf verschillende distributies: Red Hat, SuSE, SCO/Caldera, Mandrake, Turbolinux, en misschien Debian. Dat betekende niet alleen dat de source code zelf voor Linux geschikt moest worden gemaakt, maar vooral ook dat het product hierop getest en ondersteund moest worden. Veel leveranciers vonden dat veel te duur. Sommigen van hen beperkten hun ondersteuning tot Red Hat en SuSE, maar de meesten besloten voorlopig de kat uit de boom te kijken.
Inmiddels zijn er met Red Hat en UnitedLinux nog maar twee distributies over waarvoor men zijn applicatie "moet" porten. De eerste is hard op weg de default standaard te worden in de professionele Linux wereld. De tweede profileert zich vooral met zijn conformatie aan de Linux Standard Base (LSB) van de Free Standards Group en zijn eigen certificeringstraject. De distributies van Red Hat en SuSE, maar ook van een aantal andere leveranciers, zijn LSB gecertificeerd door The Open Group.

Rekenclusters

Hier in Nederland worden op dit moment enige tientallen Linux rekenclusters per jaar verkocht. De bovenkant van deze markt – met de systemen vanaf een paar honderd processoren – wordt door IBM en HP zelf bediend. Zo heeft IBM de clusters voor Shell International Exploration and Production in Rijswijk en het Nederlandse universitaire Grid netwerk geleverd. Bij Shell staan 1024 eServer x330 machines voorzien van Red Hat Linux te rekenen aan geografische en seismische gegevens, op zoek naar olie en gas bronnen. Destijds was dit de grootste commerciële Linux super ter wereld. Het Grid is een samenwerkingsverband van vijf Nederlandse universiteiten, verenigd in de Advanced School for Computing and Imaging (ASCI). Alweer enige tijd geleden hebben zij hun eigen Distributed ASCI Supercomputer (DAS), een Pentium Pro cluster, vervangen door vijf afzonderlijke clusters van in totaal 200 systemen.

Voor de kleinere clusters kan men terecht bij het Delftse Linvision. Dat bedrijf leverde tot voor kort vooral aan de academische en onderzoekswereld, en ingenieursbureaus. Onder hen treffen we bijvoorbeeld de TU Delft, de Universiteit Leiden, en het Lorentz Instituut in Leiden. Rijkswaterstaat Ijsselmeergebied gebruikt een Linux cluster van hen om voorspellingen te doen bij calamiteiten. Door de waterstanden van het KNMI en de stromingen door te rekenen, kunnen zij voorspellen waar in voorkomende gevallen olie of gif in het Ijsselmeer terecht zal komen.
De laatste tijd weet Linvision echter ook grote commerciële klanten binnen te halen. De eerste was Shell International Chemicals, dat een cluster afnam om de stromingen in pijpen door te rekenen. Daarna volgden Akzo Nobel en Dow Chemicals, die beide Linux clusters gebruiken voor moleculaire modellering en analyses. En ook de Gasunie in Groningen is inmiddels klant bij Linvision. Voor de toekomst ziet Gerben Roest, een van de oprichters van Linvision, nog kansen voor zijn clusters voor financiële analyses in de bankwereld, voor visualisatie studio's die de rekenclusters kunnen gebruiken om architectenbureau's van mooie plaatjes voor hun projecten te voorzien, en voor Oracle RAC systemen.

ClusterVision

Naast Linvision is er sinds kort ook een nieuwe Nederlandse speler op deze markt actief: ClusterVision, ondanks dat de naam anders doet vermoeden een directe concurrent. Dit bedrijf is opgericht door mensen die zich voorheen bij het Britse Compusys met High Performance Computing bezighielden. Vandaar dat ClusterVision zich in eerste instantie op de Nederlandse en Engelse markt richt. Daarvoor is het een partnership aangegaan met NEC HPC, dat zich vooral bezighoudt met de verkoop van vector machines. Alleen in Duitsland brengen zij ook Linux clusters op de markt. Hoewel er verder geen NEC hardware wordt geleverd, gaat het voor beide partijen puur om het zich profileren in de markt. Volgens Matthijs van Leeuwen van ClusterVision is het voor hen gemakkelijker binnenkomen met een bedrijf als NEC achter zich. Aan de andere kant wil NEC HPC zijn naam graag verbinden aan de sterk in opkomst zijnde Linux cluster technologie.

In totaal heeft ClusterVision inmiddels zo'n vijftien systemen weggezet. Onder hun klanten treffen we TNO, en de universiteiten van Leiden, Amsterdam, Eindhoven en Utrecht. Deze laatste gebruikt bijvoorbeeld een systeem met 66 nodes voor het doorrekenen van de evolutie van sterren en constellaties. Hoewel hun prioriteit in eerste instantie bij het leveren van rekenclusters ligt, wil men in de toekomst ook Oracle RAC systemen op de markt gaan zetten. Bovendien is er ook een parallelle versie van de open source database MySQL beschikbaar, die vanwege de hoge licentie kosten van de RAC software in de toekomst wel eens erg interessant zou kunnen worden.