На каких серверах держится Архив Интернета?

Фото 1. Один из дата-центров Internet Archive в Сан-Франциско

Internet Archive ^[1] — некоммерческая организация, которая с 1996 года сохраняет копии веб-страниц, графические материалы, видео- и аудиозаписи и программное обеспечение. Каждый может зайти в Wayback Machine ^[2] и посмотреть, как выглядел Хабр в 2006 году ^[3] или «Яндекс» в 1998 году ^[4], хотя загрузка архивных копий занимает около минуты (это не для реализма 90-х, а по техническим причинам, см. ниже).

Архив быстро растёт. Сейчас объём всех накопителей достиг 200 петабайт. Но Internet Archive принципиально не обращается к стороннему хостингу ^[5] или облачному сервису вроде AWS. У некоммерческой организации собственные дата-центры, свои серверы и свои инженеры. Это гораздо дешевле, чем услуги AWS.

Архив Интернета против облаков

Технические подробности серверного устройства Internet Archive раскрыл ^[6] Джона Эдвардс (Jonah Edwards), руководитель инженерной группы Core Infrastructure Team.

По его мнению, понятие «облако» многих людей вводит в заблуждение как нечто абстрактное. На самом деле это просто чужие компьютеры, то есть серверы посторонней компании. Для Internet Archive это неприемлемо. У организации собственные серверные в собственных зданиях, компьютеры принадлежат им, и персонал тоже свой.

Четыре дата-центра Internet Archive располагаются в Сан-Франциско, Ричмонде и Редвуд-Сити (это пригороды Сан-Франциско)

Кто-то может посчитать такой подход архаичным, но в некоторых случаях он действительно оправдан. В случае Internet Archive на то есть три причины: это дешевле, обеспечивает лучший контроль за серверами и даёт гарантию, что пользователей не отслеживают рекламные трекеры.

Деньги на обслуживание инфраструктуры и зарплаты сотрудникам собираются преимущественно за счёт пожертвований и грантов, годовой бюджет составляет около $10 млн.

Инфраструктура

Что представляет собой инфраструктура, которой управляет Core Infrastructure Team? На февраль 2021 года цифры такие:

• 750 серверов, возраст до 9 лет;
• 1300 виртуальных машин;
• 30 000 устройств хранения данных;
• более 20 000 жёстких дисков в парах друг с другом (paired storage), обычно пара разнесена по дата-центрам или странам для надёжности;
• общий объём накопителей почти 200 петабайт.

Разумеется, техника постепенно обновляется. На смену старым накопителям приходят новые. Например, маленькие диски на 2 и 3 терабайта полностью вышли из обращения в 2017 и 2018 годах, соответственно, а с прошлого года постоянно растёт доля дисков на 16 ТБ.

Как показано на графике ниже, несмотря на увеличение ёмкости накопителей, общее число HDD тоже постепенно растёт: за три года оно выросло с 15 тыс. до 20 тыс.

Количество жёстких дисков разного объёма на серверах Internet Archive

Диски реплицируются по дата-центрам, для производительности контент по запросу выдаётся одновременно со всех копий. Все элементы Архива представляют собой директории на дисках. Веб-страницы Wayback Machine хранятся в файлах WARC (Web ARChive, сжатые файлы Web Archive). При запросе отдельной страницы её нужно извлечь из середины архива WARC, а если страница требует загрузки дополнительных ресурсов, то процесс повторяется. Это одна из причин, почему полная загрузка страниц из Wayback Machine достигает 90 секунд, хотя закэшированные копии и популярный контент загружаются быстрее.

Для надёжности копии Архива хранятся не только в Сан-Франциско, но и ещё в нескольких локациях по всему миру, в том числе в Амстердаме (Нидерланды) и Новой Александрийской библиотеке (Египет) ^[7].

В 1996 году первые серверы Internet Archive подняли на недорогих компьютерах из стандартных комплектующих: по сути, на обычных десктопах под Linux. Хотя инфраструктура сильно выросла, в качестве операционной системы всегда использовали только Linux. С 2004 года все серверы перешли на Ubuntu, сейчас продолжается миграция на Ubuntu 20.4 LTS (Focal Fossa) ^[8].

Объём Архива

В последнее время объём Архива возрастает примерно на 25% в год, сейчас это соответствует 5−6 петабайтам в квартал. С учётом резервных копий нужно добавлять накопителей на 10−12 петабайт в квартал.

Одна копия Архива занимает более 45 петабайт, но на дисках и лентах хранится минимум две копии каждого объекта.

Как видно на графике вверху, обновление дискового массива происходит только за счёт моделей максимальной ёмкости. Например, в конце 2021 года планируется переход на диски по 20 ТБ, и тогда в серверы будут устанавливать только их. Остальные HDD постепенно доживают свой век, и их количество медленно снижается.

Internet Archive возлагает большие надежды на новые технологии записи данных, такие как HAMR ^[9] (heat-assisted magnetic recording), чтобы ёмкость HDD увеличивалась ещё быстрее. Технология HAMR предусматривает предварительное нагревание магнитной поверхности лазером в процессе записи, что позволяет значительно уменьшить размеры магнитной области, хранящей один бит информации — и увеличить плотность записи. Нагрев выполняется с помощью лазера, который за 1 пс разогревает область записи до 100 °C.

Разработка этой технологии затянулась на 15 лет, но в январе 2021 года были официально представлены ^[10] первые диски HAMR на 20 ТБ. Пока что они официально поставляются только избранным клиентам в рамках фирменного сервиса Seagate Lyve, но вскоре должны появиться в свободной продаже.

Seagate обещает, что HAMR позволит наращивать ёмкость HDD на 20% в год. Поэтому в ближайшее время можно ожидать модель на 24 ТБ, а в будущем — диски на 30 и 50 ТБ. Internet Archive тоже надеется на это и внимательно следит за последними разработками.

На текущем размере дисков понадобится 15 вот таких серверных стоек, чтобы разместить одну копию Архива:

У Internet Archive 750 серверов и 20 000 жёстких дисков

Сейчас в дата-центрах установлено 75 серверных стоек, что обеспечивает некоторый запас и избыточное копирование.

По состоянию на февраль 2021 года на серверах хранились копии 534 млрд веб-страниц, 16 млн аудиозаписей, 8,7 млн видеозаписей фильмов, клипов и телепередач, 3,8 млн изображений, 629 тыс. компьютерных программ, более 29 млн книг и текстов, в том числе 72 771 текстов на русском языке ^[11].

^[12]

Любой пользователь может создать аккаунт и добавить в архив медиафайлы.

Internet Archive поддерживает API для внешних сервисов ^[13]. Например, сторонний сервис может забирать контент из хранилища и показывать его на своём сайте или в приложении. Можно строить собственные каталоги на базе этого хранилища, эксплуатируя IA просто как удалённый бесплатный хостинг ^[5] файлов с хотлинками. Подобную модель использует книжный каталог Open Library ^[14] на базе Internet Archive. Хотлинки и модель подобной «эксплуатации» собственных ресурсов поощряется со стороны Архива. Кстати, аналогичные правила действуют в Wikimedia Commons: хотлинкинг разрешён и даже поощряется, что недавно вызвало казус с фотографией цветка ^[15]: по непонятной причине ежедневно в сеть Wikimedia Commons поступало около 90 млн одинаковых запросов на получение одного файла AsterNovi-belgii-flower-1mb.jpg. Будем надеяться, что у Internet Archive таких инцидентов не случится.

Сеть

В 2020 году Internet Archive пережил серьёзный рост количества запросов и объёма внешнего трафика с 40 до 60 Гбит/с. Из-за пандемии коронавируса и самоизоляции ресурсы Архива стали более востребованы. Количество запросов росло так быстро, что в определённый момент маршрутизаторы Internet Archive перестали справляться с нагрузкой, пришлось делать апгрейд сетевой инфраструктуры быстрее, чем планировалось. Сейчас веб-сайт входит в топ-300 крупнейших сайтов интернета.

Работа на собственных серверах имеет и свои недостатки. Основные причины сбоев Internet Archive — обрывы оптоволокна из-за строительных работ в городе, сбои энергоснабжения, случайные провалы напряжения в сети. Впрочем, прошлый год сайт завершил с аптаймом 99,9%.

Internet Archive планирует расширять внешний канал. Ожидается, что в ближайшее время внешний трафик вырастет до 80 Гбит/с.

Примерно так выглядит дизайн внутренней сети:

Дата-центры подключены к нескольким провайдерам первого уровня (Tier 1) и соединены между собой по оптоволокну с применением технологии плотного спектрального уплотнения (DWDM). Локальные университетские сети подключаются к этому кольцу напрямую через локальные точки обмена трафиком.

Вместо нынешнего оптоволокна планируется проложить пары 100-гигабитных кабелей по всему кольцу из четырёх дата-центров, так что внешний трафик тоже можно будет увеличить до 100 Гбит/с.

Прокладка новых кабелей по Сан-Франциско — весьма хлопотное и дорогое дело. Приходится перекладывать асфальт на автомобильных дорогах и тротуарах. К счастью, Internet Archive удалось получить официальный статус библиотеки, что даёт доступ к государственным субсидиям, в том числе к бюджету Федеральной комиссии по связи США (FCC) на подключение всех библиотек к интернету. Таким образом, львиную долю расходов на прокладку, обслуживание оптоволокна и трафик оплачивает FCC по программе E-Rate Universal Service Program ^[16].

С 2005 года Internet Archive начал проект Open Library ^[14] по сканированию книг. С одной стороны, это действительно важный общественный проект. С другой стороны, он позволил получить государственные льготы и финансирование в качестве публичной библиотеки.

Кроме государственных грантов и пожертвований, организация оказывает платные услуги по сканированию книг ^[17], в основном, для других библиотек и университетов. Это ещё один источник финансирования.

Планы на будущее

Инженеры Internet Archive сейчас обдумывают варианты использования SSD и GPU в основных серверах, чтобы увеличить их производительность. Главная проблема здесь в том, что все дата-центры находятся в стеснённых городских условиях Сан-Франциско и пригородов с очень ограниченными возможностями охлаждения (см. фото 1). Так что каждый апгрейд требуется хорошо обдумать: не приведёт ли он к повышению температуры.

Интересно наблюдать за ростом инфраструктуры Internet Archive с увеличением количества серверных стоек. Есть подозрение, что рано или поздно наступит момент, когда сложность поддержания своей инфраструктуры превысит некий порог — и библиотека откажется от собственных дата-центров. Но пока что инженеры Core Infrastructure Team успешно справляются с работой.

В зависимости от методологии расчёта, хранение данных в собственных дата-центрах Internet Archive обходятся в 2−5 раз дешевле, чем в облаке. И это только хранение. Сложно даже посчитать, сколько будет стоить круглосуточный исходящий трафик 60 Гбит/с на AWS. Вероятно, он обойдётся даже дороже, чем хранение 200 петабайт.

Похоже, что некоторые сервисы просто «слишком велики» для облака. Компаниям приходится поднимать собственные дата-центры, потому что у них нет выхода. Другой вопрос: должна ли библиотека заниматься этим самостоятельно? Получается, что современная цифровая библиотека — это по сути хостинг-провайдер ^[5] и дата-центр?

На правах рекламы

Эпичные серверы — это надёжные VDS ^[18] на Linux или Windows с мощными процессорами семейства AMD EPYC и очень быстрой файловой системой, используем исключительно NVMe диски от Intel. Попробуйте как можно быстрее!

Автор: Mikhail

Источник ^[19]