كيف تبني أقل مركز بيانات كفاءة في العالم؟

ما الذي ستبنيه

يعلّمك كل دليل على هذا الموقع تنفيذ أمر ما بطريقة صحيحة: ترتيب الأوامر، وشكل النتيجة الصحيحة، وحالات الفشل المحددة. لكن هذا الدليل مختلف. اليوم، وبشكل افتراضي تماماً، سنصمم أقل مركز بيانات كفاءة يمكن أن تنتجه الأموال والكهرباء والغرور.

نحتاج إلى مقياس، لذلك سنستعير المقياس الذي تستخدمه الصناعة نفسها: PUE، أي فعالية استخدام الطاقة، وهي ناتج قسمة إجمالي طاقة المنشأة على الطاقة التي تصل فعلياً إلى معدات الحوسبة. يعمل مركز البيانات فائق النطاق عادةً عند قيمة تقارب 1.1: إذ تُستخدم كل واطات الطاقة تقريباً في عمل مفيد. أما غرفة خوادم مؤسسية جيدة فتحقق قيمة 1.5. هدفنا هو 4.0 أو أكثر، ما يعني أن ثلاثة واطات إضافية تهدر دون فائدة مقابل كل واط يصل إلى الحوسبة. سنشير إلى هذا الرقم كثيراً، بالطريقة التي تشير بها الأدلة الجادة إلى النسخ الاحتياطية.

اختيار الموقع: الحرارة هي الهدف

يمثل التبريد أكبر تكلفة تشغيلية منفردة في مركز البيانات الحقيقي، ولذلك سيواجه مركزنا الديناميكا الحرارية في موطنها الأصلي. الموقع المثالي هو علّية. وتكون مواجهة للجنوب. ومن الأفضل أن تحتوي على نافذة سقفية موجّهة بحيث تسطع أشعة الشمس مباشرة على الخادم، فيتلقى الجهاز حرارته المهدرة وحرارة الشمس معاً؛ وهذا تعاون بين فاتورة الكهرباء ونجم.

في الشتاء، يُعالج التبريد بفتح النافذة. تستخدم مراكز البيانات الحقيقية الهواء الخارجي، وتُسمى هذه التقنية التبريد المجاني، وهي مصممة ومُرشَّحة ومضبوطة الرطوبة. أما نحن فسنستخدمها عرضياً، عبر نافذة تسمح أيضاً بدخول المطر وحبوب اللقاح وطائر واحد مرتبك على الأقل كل ثلاثة أشهر.

ولإضفاء لمسة فنية حقيقية، ركّب مكيّف هواء، ثم ضع مدفأة على بعد قدمين من منظم حرارته، واضبطها على درجة أعلى بدرجتين من درجة ضبط المكيّف. سيعمل الجهازان الآن باستمرار إلى الأبد، في خلاف مثالي. وسترسل إليك شركة الكهرباء بطاقة في عيد الميلاد.

خادم واحد، كبير ومحبوب

التكرار يخفف الالتزام. يحتوي مركز البيانات لدينا على خادم واحد بالضبط، وهو ضخم، لأن جهازاً واحداً بذاكرة RAM سعتها 512 GB يبدو كبنية تحتية، بينما تبدو أربعة أجهزة صغيرة كقائمة مهام.

للخادم اسم. ليس اسم مضيف، بل اسم. غالباً ما يكون Gandalf أو Odin. لا يمكنك إخراج Odin من الخدمة. لقد ظل Odin قيد التشغيل لمدة خمس سنوات:

$ uptime
 09:14:02 up 1847 days,  3:22,  1 user,  load average: 6.41, 6.38, 6.40

هذا الرقم مصدر فخر، ولذلك تلتقط له لقطة شاشة وتنشرها. كما أن كل مهاجم يرى لقطة الشاشة سيجده مثيراً للإعجاب أيضاً: مدة تشغيل تبلغ 1,847 يوماً تعني 1,847 يوماً من ثغرات kernel، لم يرقعها أحد. وإعادة التشغيل غير واردة على أي حال، لأن إعادة التشغيل هي الطريقة التي تكتشف بها الخدمات التي شُغّلت يدوياً في 2021 ولم تُكتب قط في وحدة systemd. لا أحد يتذكر أيّاً منها. أصبح الخادم الآن عنصراً حاملاً في الهيكل التنظيمي.

التخزين: السرعة وطرق أخرى لفقدان البيانات

تم إعداد الأقراص في RAID 0 لتحقيق الأداء. يشير الرقم صفر إلى عدد الأقراص التي يمكن أن تتعطل. ولتحقيق أقصى تأثير، وزّع البيانات على وحدة تخزين مختلطة المصدر: قرصا SSD سليمين، وقرصاً قديماً دوّاراً، ووحدة USB من مؤتمر. ستكون المصفوفة موثوقة بقدر موثوقية وحدة USB الخاصة بالمؤتمر، وهذا هو التصميم المقصود.

تُدار النسخ الاحتياطية عبر دليل على المصفوفة نفسها اسمه backup_final_v2_REAL، ويحتوي على أرشيف tar للنظام السابق لتسمية الملفات. وتمثّل النسخ الاحتياطية خارج الموقع ملاحظة لاصقة كُتب عليها "إعداد نسخ احتياطية خارج الموقع". ومن الناحية التقنية، تُخزَّن هذه الملاحظة خارج الموقع عندما تأخذها إلى المنزل على غطاء حاسوبك المحمول.

تبدو النتيجة الصحيحة على النحو التالي: يعرض df نسبة استخدام تبلغ 97%، مع خطة لمعالجة ذلك في الدورة التالية.

الشبكات: خيط واحد يربط كل شيء

يعمل خادم DNS على الجهاز نفسه. لذلك، عندما يتوقف الخادم، يتوقف معه سجل DNS الذي ستستخدمه لمعرفة سبب التوقف. يُسمّى هذا توحيداً.

عُطّل الجدار الناري في 2021 مؤقتاً لتصحيح مشكلة ما. انتهى التصحيح، لكن الجدار الناري لم يُعَد تفعيله. تُحوَّل كل المنافذ في الموجّه إلى الخادم «لتوفير الوقت لاحقاً». كما يمكن الوصول إلى لوحة إدارة الموجّه من جهة WAN باستخدام كلمة المرور الافتراضية من المصنع، لتسهيل الإدارة عن بُعد. وهذا يتيح الوصول إليك وإلى الآخرين.

يعمل الخادم بدرجة حرارة أعلى من المعتاد مؤخراً، حتى وفق معايير العلية، ويُظهر top أن العملية الأكثر استهلاكاً للموارد تُسمّى xmrig. نفترض أن هذه هي أداة المراقبة التي نستخدمها. لم نثبّتها؛ فقد ظهرت من تلقاء نفسها بعد وقت قصير من تحويل المنافذ. ونعدّ ذلك دليلاً على أن المنظومة تعمل بنشاط. وهي تراقب على مدار الساعة.

تصل الطاقة عبر سلسلة من مشتركّات الطاقة الاستهلاكية، ويتجاوز طولها الإجمالي مسافة المشي إلى لوحة قواطع الكهرباء. وهذا فعال، بمعنى ما، لأنك ستزور لوحة القواطع كثيراً.

التكرار عبر التعقيد

بعد أن رفضنا التكرار حيث يكون مهماً، نضيفه الآن حيث لا يكون مهماً. تُخدَّم الصفحة الرئيسية للشركة، وهي ملف HTML ثابت واحد، من خلال عنقود Kubernetes مكوّن من اثنتي عشرة عقدة. يحقق هذا ما يسمّيه المهندسون بنية مدفوعة بالسيرة الذاتية: تُحمَّل الصفحة خلال الأربعين ملي ثانية نفسها التي كان سيستخدمها nginx لتقديمها، لكنها أصبحت الآن قابلة للفشل بطرق تتطلب استشارياً.

للعزل، يعمل العنقود نفسه داخل آلة افتراضية داخل آلة افتراضية داخل آلة افتراضية، إذ تضيف كل طبقة أماناً بالطريقة نفسها التي تضيف بها كل طبقة من طبقّات طبق turducken طائراً. يتكوّن نموذج الاتصال من تسع خدمات مصغّرة. لم تُستدعَ اثنتان منها قط. إحداها أساسية لاستمرار التشغيل، ولا أحد يعرف أيّها.

التدفئة كخدمة

يحوّل الخادم الحديث الكهرباء إلى عمليات حسابية وحرارة، ونحن نهدف إلى زيادة الناتج الثاني إلى أقصى حد. يُعد خادم وسائط من دون GPU الخيار التقليدي؛ إذ يؤدي تحويل مسار واحد بدقة 4K باستخدام CPU إلى استهلاك ست عشرة نواة وتسخين غرفة نوم صغيرة، فيصبح سخاناً كهربائياً يشغّل الأفلام أيضاً. أما المشغّل الطموح فينتقل إلى تشغيل نموذج لغوي كبير على CPU، وهو سخان كهربائي يضم 70 مليار معلَمة ويوفّر API، وينتج الرموز بمعدل يُقاس على نحو أفضل بالمواسم.

المراقب يراقب نفسه

تُعدّ قابلية الرصد مهمة، لذلك ننشر مراقباً مستضافاً ذاتياً للتوافر على الخادم نفسه الذي يراقبه. عندما يتوقف Odin، يتوقف المراقب معه، وهنا تكمن المفارقة: لا تُرسل أي تنبيهات. عدم إرسال التنبيهات يعني عدم تسجيل أي حوادث. وعدم تسجيل الحوادث يعني توافرًا مثالياً وفقاً للقياس. ولم يبدُ التقرير الشهري أفضل من ذلك قط.

وللاستكمال، تُرحَّل رسائل التنبيه عبر خادم بريد يعمل أيضاً على Odin. وبذلك تصبح سلسلة التنبيه مكتفية ذاتياً بالكامل، مثل ثعبان يلتهم ذيله ويظل شبعاناً بالكامل.

الجزء غير المريح

إليك الجزء الذي كنت أؤجّل كتابته. لا شيء من هذا خيالي. الخادم المحبوب الذي لا يمكن استبداله، وRAID 0 مع نسخ احتياطية على وحدة التخزين نفسها، والجدار الناري المعطّل «مؤقتاً»، وعنقود Kubernetes الذي يقدّم صفحة واحدة، ونظام المراقبة الذي يراقب نفسه؛ لقد رأيت كل حالة من هذه الحالات في بيئات الإنتاج. رأيت بعضاً منها هذا العام. بل إنني أنشأت حالة أو حالتين منها في بداياتي.

الكفاءة الفعلية مملة، ولذلك تخسر النقاش في اللحظة الراهنة ثم تكسبه على مدى عقد: قيمة PUE لا تفكر فيها أبداً لأن شخصاً آخر صمّمها وهندسها. أجهزة مناسبة لحجم حملها، لا لصورة مالكها عن نفسه. تحديد لنطاق الضرر قبل وقوع الانفجار. نسخ احتياطية تُختبر باستعادتها وفق جدول زمني، مع تذكير في التقويم ومن دون بطولة. تكرار ممل؛ فوجود جهازين من الشيء الرخيص أفضل من وجود جهاز واحد من الشيء المذهل، في كل مرة، ومع كل عطل استدعيت للتعامل معه.

وأكثر مراكز البيانات كفاءة التي يمكنك تشغيلها هو المركز الذي لا تشغّله. تتولى VPS الطاقة والتبريد والتكرار وأعطال الأجهزة عند الساعة 3 صباحاً بدلاً منك، وتديرها على نطاق واسع وبطريقة مملة، وهذا أعلى إطراء يمكن أن تحصل عليه البنية التحتية. ويترك لك الجزء الممتع فعلاً، وهو تشغيل خدماتك الخاصة فوقها، على جهاز يمكنك تحمّل فقدانه؛ فهذا هو النوع الوحيد الذي ينبغي أن تجرّب عليه.

FAQ

هل ينبغي أن أفعل أيّاً من هذا فعلاً؟

لا. كل قسم في هذا الدليل هو نمط مضاد موثّق، وقد استهلك عطلات نهاية أسبوع كثيرة. إذا كان إعدادك الحالي يشبه أكثر من قسمين، فانتقل إلى السؤال الأخير في هذه الأسئلة الشائعة، وبالترتيب المحدد، لأن الترتيب هو خطة الفرز.

ما قيمة PUE الجيدة فعلياً؟

تعمل مراكز البيانات فائقة التوسع عند قيمة تقارب 1.1، وتحقق غرفة مؤسسية مُدارة جيداً قيمة تتراوح بين 1.4 و1.6، بينما يمكن لخزانة غير مبرّدة تتنازع فيها أجهزة الخادم مع مدفأة كهربائية أن تتجاوز 3 فعلياً. لا يمكنك منافسة قيمة 1.1 في المنزل بصورة ذات معنى، وهذا هو السبب الاقتصادي الهادئ لاستئجار موارد الحوسبة من جهة قادرة على ذلك.

هل تدفئة مبنى باستخدام الخوادم أمر حقيقي؟

نعم، إذا نُفّذ بطريقة صحيحة. تلتقط مشاريع التدفئة المركزية في عدة بلدان الحرارة المهدرة من مراكز البيانات عبر المبادلات الحرارية، ثم تنقلها بالأنابيب إلى المنازل، وفق تصميم هندسي وعقود. السخرية أعلاه لا تتعلق بإمكان استخدام حرارة الخوادم لتدفئة غرفة، بل بتنفيذ ذلك عرضياً واعتبار الحادثة استراتيجية.

يبدو خادمي بهذا الشكل فعلاً. ماذا أفعل أولاً؟

أنشئ نسخاً احتياطية الليلة، واحفظها في مكان ليس هو الخادم، ثم اختبر استعادتها؛ فالنسخة الاحتياطية غير المختبرة مجرد ادعاء. ثانياً، ثبّت التحديثات وأعد التشغيل الذي كنت تؤجله، ضمن نافذة مخططة، حتى تعرف ما الذي يتعطل وأنت تراقبه. ثالثاً، افصل نقطة الفشل الوحيدة: انقل DNS والمراقبة خارج الخادم. يمكن تأجيل كل شيء آخر إلى أسبوع أكثر هدوءاً؛ أما هذه الخطوات الثلاث فلا يمكن تأجيلها.