Кіріспе
Google деректер орталықтары – Google өз қызметтерін ұсыну үшін пайдаланатын ірі деректер орталықтары. Олар үлкен дискілерді, тізім бойынша орналасқан компьютерлік түйіндерді, ішкі және сыртқы желілерді, қоршаған ортаны бақылау жүйелерін (көбінесе салқындату және ылғалдылықты реттеу) және операциялық бағдарламалық құралдарды (әсіресе жүктемені бөлу және қателерге төзімділік тұрғысынан) біріктіреді. Google деректер орталықтарында қанша сервер бар екені туралы ресми мәліметтер жоқ, бірақ Gartner компаниясы 2016 жылғы шілдедегі есебінде Google-дің сол кезде 2,5 миллион сервері болғанын хабарлады. Компания өндірістік қуатын арттырып, жабдықтарын жаңартуына байланысты бұл көрсеткіш өзгеріп отырады.
Google data centers are the large data center facilities Google uses to provide their services, which combine large drives, computer nodes organized in aisles of racks, internal and external networking, environmental controls (mainly cooling and humidification control), and operations software (especially as concerns load balancing and fault tolerance). There is no official data on how many servers are in Google data centers, but Gartner estimated in a July 2016 report that Google at the time had 2.5 million servers. This number is changing as the company expands capacity and refreshes its hardware.
Өндірістік жабдықтар
2014 жылдан бастап Google Debian Linux-тың кеңейтілген, толыққанды бейімделген нұсқасын пайдаланады. Олар 2013 жылы Red Hat негізіндегі жүйеден кезең-кезеңімен көшті. Бейімдеудің мақсаты – абсолютті өнімділіктен гөрі, долларға ең тиімді өнімділікті ұсынатын процессор ұрпақтарын сатып алу. Бұл қалай өлшенетіні белгісіз, бірақ оған сервердің жалпы жұмыс істеу шығындары және CPU қуатты тұтыну сияқты маңызды факторлар кіруі мүмкін. 2009-2010 жылдардағы серверлер екі процессордан (әрқайсысы бірнеше ядросы бар) тұратын, арнайы жасалған, ашық корпусқа ие жүйелерден құралған. Серверлердің корпусы ашық болғандықтан, бір тіреуге көбірек серверлер орналастыруға болады. CNET және Джон Хеннессидің кітабында айтылғандай, әр серверде шығындарды азайту және қуат тиімділігін арттыру үшін 12 вольттық батарея орнатылған. Google мәліметінше, олардың жаһандық деректер орталығының электр қуаты 500 мен 681 мегаватт аралығында. 2008 жылы осы серверлердің жиынтық өңдеу қуаты 20-дан 100 петафлопқа дейін жете алатын болды.
Желі топологиясы
Google-дың бүкіл әлемдегі жеке желілерінің толық мәліметтері жарияланбаған, бірақ Google жариялымдары "Атлас Топ 10" есебіне сілтеме жасайды, онда Google Level 3-тен кейін үшінші ірі ISP ретінде көрсетілген. Мұндай үлкен желіні, мүмкіндігінше көп интернет-провайдерлерге тікелей қосылып, ең төмен бағамен жұмыс істеу үшін Google өте ашық пірлер саясатын ұстанады. Осы сайттан Google желісіне әлемнің 69 жерінен 67 ашық алмасу нүктесі арқылы қол жеткізуге болатынын көреміз. 2012 жылдың мамыр айына қарай Google-дың 882 Гбит/с жалпы қолжетімді байланысы болды (Google-дың ірі интернет-провайдерлермен жасаған жеке келісімдері ескерілмеген). Бұл жалпы желі Google пайдаланушыларына мазмұн тарату және іздеу индекстерін құру үшін интернетті шолу үшін қолданылады. Желінің жеке бөлігі құпия, бірақ Google-дың жақында жариялаған мәліметтерінде олар кең аумақтық желі үшін арнайы жасалған, жоғары радиусты коммутатор маршрутизаторларын (128 × 10 Гбит Ethernet порты бар) пайдаланатыны көрсетілген. Деректер орталығында кемінде екі маршрутизаторды (қосымша сенімділік үшін) пайдалану арқылы Google желісі секундына терабиттерге дейін кеңейе алады деп қорытынды жасауға болады (екі толық жүктелген маршрутизатормен екі секциялық өткізу қабілеті 1,280 Гбит/с құрайды). Бұл арнайы коммутатор маршрутизаторлары деректер орталықтары мен PoP нүктелерін қара талшық арқылы байланыстыру үшін DWDM құрылғыларына қосылады. Деректер орталығы тұрғысынан алғанда, желі тіреу деңгейінен басталады, онда 19 дюймдік тіреулер арнайы жасалып, 40-тан 80 серверге дейін (әр жағында 20-дан 40 1U серверге дейін), ал жаңа серверлер 2U тіреулік жүйелер болып табылады. Әр тіреуде Ethernet коммутаторы бар. Серверлер 1 Гбит/с Ethernet байланысы арқылы тіреу коммутаторының (TOR) жоғарғы бөлігіне қосылады. TOR коммутаторлары бірнеше гигабит немесе он гигабит желілер арқылы гигабит кластерлік коммутаторға қосылады. Кластерлік коммутаторлар өзара байланысқан және деректер орталығының өзара байланыс тоқымасын құрайды (көбінесе классикалық көбелек немесе жалпақ көбелек орналасуы емес, құмырсқа дизайны қолданылады). Операциялық тұрғыдан алғанда, клиенттік компьютер Google-ға қосылуға тырысқанда, бірнеше DNS серверлері www.google.com мекенжайын Round Robin саясаты арқылы бірнеше IP-адреске айналдырады. Бұл жүктемені теңдестірудің бірінші деңгейі ретінде әрекет етеді және клиентті Google-дың әртүрлі кластерлеріне бағыттайды. Google кластерінде мыңдаған серверлер бар, ал клиент серверге қосылғаннан кейін қосымша жүктемені теңдестіру үшін сұраныстар ең аз жүктелген веб-серверге жіберіледі. Бұл Google-ды ең ірі және күрделі контент жеткізу желілерінің біріне айналдырады. Google-дың бүкіл әлемде орналасқан көптеген деректер орталықтары бар. Кемінде 12 маңызды Google деректер орталығы АҚШ-та орналасқан. Ең ірі орталықтар Орегон штатының Даллес қаласында; Джорджия штатының Атланта қаласында; Вирджиния штатының Рестон қаласында; Солтүстік Каролина штатының Леноир қаласында; және Оңтүстік Каролина штатының Монкс-Корнер қаласында орналасқан. Еуропадағы ең ірі орталықтар Нидерландыдағы Эймсхавен мен Гронингенде және Бельгиядағы Монста орналасқан.
Деректер орталығы желісінің топологиясы
Қатеге төзімділікті қамтамасыз ету, деректер орталықтарының көлемін ұлғайту және аз радиусты коммутаторларды пайдалану үшін Google бұрын әртүрлі өзгертілген Clos топологияларын қолданды.
02 жоба
Google-дың ең ірі дерек орталықтарының бірі Орегон штатының The Dalles қаласында, Колумбия өзенінің жағасында, Портлендтен шамамен 80 миль (129 км) қашықтықта орналасқан. "Проект 02" деп аталған бұл кешен 2006 жылы салынды, көлемі шамамен екі американдық футбол алаңына тең, ал суыту мұнаралары төрт қабат биіктігінде. Бұл жерге арзан гидроэлектр қуатын пайдалану және аймақтағы оптикалық талшықты кабельдің көп қорына қол жеткізу үшін басымдық берілді, бұл қоры dot com қарқынының қалдығы болып табылады. Объектінің жоспары 2008 жылы жарияланды.
Сумма қағаз фабрикасы
2009 жылдың ақпан айында Stora Enso компаниясы Финляндияның Хамина қаласындағы Summa қағаз фабрикасын Google компаниясына 40 миллион еуроға сатқанын хабарлады. Google осы алаңға 200 миллион еуро инвестиция салып, деректер орталығын (data center) құрыстырды және 2012 жылы тағы 150 миллион еуро инвестиция салуды жариялады. Google жаңартылатын энергия көздерінің болуымен және жақын орналасуымен байланысты осы орналасқан жерді таңдады.
Жүгіретін деректер орталықтары
2013 жылы баспасөз Калифорния (Treasure Island's Building 3) және Мэн штаттарының жағалауларында Google-дің су үстіндегі деректер орталықтарының бар екенін ашты. Бұл жоба қатаң құпияда сақталды. Деректер орталықтарының ұзындығы 250 фут, ені 72 фут, тереңдігі 16 фут. Google 2009 жылы мұхит деректер орталықтарын салқындату технологиясының патентын сатып алды (2008 жылы толқын қуатымен жұмыс істейтін кемедегі деректер орталығының патентымен бірге). Одан кейін Google екі алып, жасырын салынған инфрақұрылымның тек "интерактивті оқу орталықтары, [ ] адамдар жаңа технологиямен таныса алатын орын" екенін мәлімдеді. Google 2013 жылдың соңында баржалардағы жұмысты тоқтатты және 2014 жылы баржаларды сата бастады.
Бағдарламалық жасақтаманы әзірлеу тәжірибесі
Операциялардың көпшілігі тек оқу режимінде жұмыс істейді. Егер жаңарту қажет болса, сұраулар басқа серверлерге қайта бағытталады, осылайша дәйектілік мәселелерін жеңілдетуге болады. Сұраулар кішігірім сұранымдарға бөлінеді, және осы кішігірім сұранымдар параллель түрде әртүрлі каналдарға жіберілуі мүмкін, нәтижесінде жауап күту уақыты төмендейді. 2010 жылдың маусым айында Google іздеу индексін үздіксіз сканерлеп, жаңарта алатын "Caffeine" деп аталатын жаңа буын индекстеу және қызмет көрсету жүйесін енгізді. Бұрын Google іздеу индексін MapReduce тапсырмаларын пайдаланып, бірнеше партияларға бөліп жаңартатын. Индекс бірнеше деңгейге бөлінді, олардың кейбіреулері басқаларына қарағанда жылдам жаңартылды, ал негізгі деңгей екі аптаға дейін жаңартылмаушы еді. Caffeine жүйесімен бүкіл индекс үздіксіз және біртіндеп жаңартылады. Кейін Google "Percolator" деп аталатын үлестірілген деректерді өңдеу жүйесін таныстырды, ол Caffeine индекстеу жүйесінің негізі болып табылады делінеді.
Қауіпсіздік
2013 жылдың қазан айында The Washington Post газеті АҚШ Ұлттық қауіпсіздік агенттігі MUSCULAR деп аталатын бағдарлама аясында Google дерек орталықтары арасындағы коммуникацияларды ұстап алғанын хабарлады. Бұл тыңдау Google сол кезде өзінің желісі ішінде тасымалданатын деректерді шифрламағандықтан мүмкін болды. Google 2013 жылы дерек орталықтары арасында жіберілетін деректерді шифрлеуді бастағаннан кейін бұл мәселе шешілді.
Қоршаған ортаға әсері
Google-дың ең тиімді дерек орталығы тек таза ауамен салқындатылады, электр қуатымен жұмыс істейтін кондиционерді қажет етпейді. 2016 жылдың желтоқсанында Google компаниясы 2017 жылдан бастап дерек орталықтары мен кеңселерде қолданылатын энергияның 100% жаңартылатын энергиямен қамтамасыз ету үшін жеткілікті көлемде энергия сатып алатынын хабарлады. Бұл міндеттеме Google-ды "2,6 гигаватт (2600 мегаватт) жел және күн энергиясын қамтитын жаңартылатын қуатты сатып алу бойынша әлемдегі ең ірі корпоративтік сатып алушыға" айналдырады.