Ein wichtiger Schritt für jedes architektonische Design ist die Empfehlung eines physischen Designs für ein System. Als physisches Design werden im Allgemeinen die Hardware- und Konfigurationsspezifikationen der tatsächlichen Komponenten bezeichnet, die auf der Grundlage eines logischen Architekturdesigns bereitgestellt werden – die virtuellen Computer, der Speicher, die Datenbanken und Netzwerkkomponenten, die erstellt werden müssen, um das Design zu implementieren. Darüber hinaus betrifft das physische Design Aspekte wie Performance, Skalierbarkeit und Systembereitstellung. Im Hinblick auf Technik oder Kapazität definiert das physische Design häufig Spezifikationen wie CPU-Typ, Festplattengröße und -typ, Speichertypen und -mengen oder Netzwerkschnittstellen und -kapazität.
Viele Jahre lang war die sorgfältige Bestimmung der Kapazität eines Systems von entscheidender Bedeutung, da die meisten neuen Systeme erhebliche Investitionen in den Kauf neuer Server oder anderer Arten von Hardware erforderten. Der Kauf und die Bereitstellung physischer Computer in Rechenzentren war eine kostspielige Komponente des Bereitstellungsprozesses. In der Regel wurde ein Nutzungszeitraum von mehreren Jahren erwartet, sodass es wichtig war, gleich beim ersten Versuch die richtige Größe zu wählen. Physische Hardware in einer kontrollierten Computing-Umgebung wird nach der Bereitstellung nur selten geändert oder nachgerüstet. Sie ist zudem mit erheblichen Support- und Verwaltungsanforderungen verbunden, sodass die Kosten für das Hinzufügen von Kapazität zu einem System vordem eine erhebliche Belastung darstellten.
Heute ist der Einsatz von Virtualisierungstechnologie in Mustern der öffentlichen und privaten Cloud weit verbreitet, und die Kapazitätsplanung im Voraus hat an Bedeutung verloren. Es ist einfacher geworden, die Größe eines bestimmten virtuellen Computers in Bezug auf Rechenleistung und Arbeitsspeicher des virtuellen Servers zu ändern, und das Hinzufügen von Festplattenspeicher für die Speicherung oder für virtuelle Netzwerkschnittstellen erfolgt inzwischen durch die Softwarekonfiguration statt durch den Erwerb von Hardware. Die physischen Hosts und das physische Netzwerk, auf denen die virtuellen Server basieren, sind nach wie vor wichtige Überlegungen während des Entwurfs. Die Virtualisierung bewirkte jedoch, dass zunächst ein Server mit einer bestimmten Spezifikation erstellt wird, um ausgehend von einer Anfangsgröße Ressourcen bei einer zukünftigen Überprüfung zu erhöhen oder zu verringern. Dieser geänderte Ansatz wirkt sich auch auf die Kapazitätsplanung aus, ohne deren Bedeutung und Wert zu verringern.
Weitere Informationen zu verschiedenen System- und Bereitstellungsmustern in ArcGIS finden Sie unter Struktur eines Systemmusters.
Diese Überlegungen zum physischen Design sind vor allem für ArcGIS Enterprise-basierte Systeme relevant, bei denen die Architektur und die physischen Ressourcen subjektiven Entscheidungen unterliegen und im Rahmen des Architekturprozesses entworfen werden müssen. Im Gegensatz dazu betreffen Überlegungen zum physischen Design normalerweise keine vollständig verwalteten Systeme, bei denen die Infrastruktur für Sie verwaltet wird, z. B. ArcGIS Online-Angebote (SaaS) und ArcGIS Location Platform-Angebote (PaaS). Weitere Anleitungen finden Sie unter ArcGIS-spezifische Überlegungen und Cloud-Optionen im ArcGIS Trust Center.
Die Phase des physischen Designs beim allgemeinen Systemdesign sollte immer erst beginnen, nachdem die Gesamtlösung geplant und verstanden wurde. In dieser Phase treffen Sie möglicherweise folgende Entscheidungen (und weitere Entscheidungen) für das Systemdesign:
Diese Details helfen Ihnen bei der Gestaltung des physischen Designs, und alle Fragen in diesen Bereichen müssen im Rahmen des Designprozesses beantwortet werden.
Der Best-Practice-Ansatz für das Entwerfen der physischen Architektur eines modernen ArcGIS Enterprise-Systems lautet wie folgt:
Dieser Fokus auf fundierte Hardware-Entscheidungen erfordert klare Testmethoden und eine aktive Überwachung der Software- und Hardwarekomponenten. Dieser Ansatz empfiehlt sich aufgrund des ausgewogenen Verhältnisses zwischen Anschaffungskosten (keine übermäßigen Investitionen in ein System, bevor es Anzeichen für einen Bedarf gibt) und Flexibilität. So können die Auswirkungen der zunehmenden und sich ändernden Nutzung eines Systems auf die Hardwareressourcen berücksichtigt werden.
Häufige Überlegungen zum physischen Design betreffen Betriebssystemvirtualisierung, CPUs und GPUs, Netzwerkdesign und Speicher. Diese Überlegungen werden im Folgenden weiter erläutert.
Die direkte Installation von ArcGIS-Software unter dem Betriebssystem der physischen Hardware wird unterstützt. Die meisten modernen Designs basieren jedoch auf Betriebssystemvirtualisierung, d. h., die ArcGIS-Software wird auf einem virtuellen Computer installiert.
Dieser Ansatz ermöglicht eine bessere Nutzung von Hardwareressourcen, da er wichtige Funktionen wie VM-Snapshots, Festplattenerweiterung, Neuzuweisung von Ressourcen oder Netzwerkvirtualisierung bietet. Virtualisierungssoftware bietet in der Regel ebenfalls hervorragende Tools zur Hardwareüberwachung und Erstellung von Hardwareprofilen, um weitere Anpassungen des physischen Designs entsprechend Benutzeraktivitäten und Systemauslastung vorzunehmen.
ArcGIS-Software wird auf jedem Virtualisierungssystem unterstützt, sofern es ein für die jeweilige Komponente und Version unterstütztes Betriebssystem bietet. Daher wird Organisationen empfohlen, nach Möglichkeit vorhandene Virtualisierungskenntnisse und -ressourcen zu nutzen.
In jeder Bereitstellung, unabhängig davon, ob es sich um physische Hardware oder virtuelle Computer handelt, spielen Typ und Kapazität der dem System zugewiesenen CPU-Ressourcen eine entscheidende Rolle für die Performance, Skalierbarkeit und erfolgreiche Verarbeitung der erwarteten Benutzerlast des Systems.
Mittels CPU-Ressourcen werden alle Benutzeranforderungen verarbeitet, unabhängig davon, ob es sich um statische Dateien, REST-Anforderungen oder komplexe Ressourcen und asynchrone Workflows handelt. Im Gegensatz dazu sind GPU-Ressourcen stärker spezialisiert und eignen sich besser für ArcGIS Pro-Workloads, Machine-Learning- und Deep-Learning-Workflows, z. B. für Raster-Analyse-Services, sowie für Geoverarbeitungswerkzeuge, die GPU-Ressourcen verwenden, wenn sie auf einer ArcGIS Server-Site veröffentlicht werden.
GPUs werden in der Regel als virtuelle Infrastruktur (Software-Emulation einer GPU) oder als physische Ressourcen bereitgestellt, die an einen virtuellen Computer angefügt und diesem zugewiesen sind. Die Emulation kann für einige grundlegende Workflows, z. B. die grundlegende Datenverwaltung oder die Veröffentlichung eines Service, ausreichend sein. Bei einer intensiven Verwendung von ArcGIS Pro oder Deep-Learning-Paketen empfiehlt sich jedoch die Verwendung einer Hardware-GPU-Ressource. Weitere Überlegungen zu CPU und GPU in ArcGIS Pro finden Sie unter General-Purpose Computing on GPU.
Die Netzwerkarchitektur ist ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Planung eines physischen Designs. Netzwerkstruktur, Konnektivität und Ressourcen werden in der Regel auf Organisationsebene definiert und von einem bestimmten Business-System wie ArcGIS übernommen. Bei der Planung des Netzwerkdesigns können jedoch einige Überlegungen zum physischen Design als neue oder bereits bekannte Aspekte berücksichtigt werden. Es folgen einige Empfehlungen zum Netzwerkdesign.
Suchen Sie Clients in der Nähe von Systemen und Daten: Nähe bedeutet in diesem Kontext, dass sich die Clients in demselben Netzwerk oder Subnetzwerk mit geringer Latenz befinden, in dem sie schnell mit ArcGIS-Systemkomponenten und relevanten Datenquellen oder relevantem Speicher kommunizieren können. Viele ArcGIS-Anwendungen senden mehrere oder parallele Anforderungen an Speicher, Datenbanken und andere Komponenten, sodass die Latenz erhebliche Auswirkungen auf die System-Performance haben kann.
Wahren Sie Netzwerkgrenzen, und kontrollieren Sie externen Zugriff: Netzwerke müssen unter Wahrung der Sicherheit und gemäß dem Prinzip der geringsten Rechte konzipiert werden. Die Dokumentation zu ArcGIS Enterprise enthält einen umfassenden Satz von Ports und Kommunikationsmustern, die zwischen ArcGIS Enterprise-Komponenten zugelassen werden müssen, um eine erfolgreiche Funktionalität zu gewährleisten, sowie ein entsprechendes Diagramm der Konnektivitätsanforderungen.
Verwenden Sie WAFs, Firewalls und Netzwerkfilterung mit Bedacht: Viele Systeme verwenden Web Application Firewalls oder andere Netzwerkschutz- und Filtersoftware, um sich vor bösartigen Anforderungen oder Aktivitäten zu schützen. Diese Komponenten können hervorragende Funktionalität bieten, sollten jedoch sorgfältig entworfen und implementiert werden, damit die Schutzmaßnahmen nicht die ArcGIS-Funktionalität beeinträchtigen.
Es gibt verschiedene Typen von Speicher, die für das physische Design der Architektur relevant sind. Festplattenspeicher sind im Allgemeinen die angefügten Festplatten (virtuell oder physisch), die in einer herkömmlichen Windows- oder Linux-Bereitstellung für das Betriebssystem eines virtuellen oder physischen Computers verfügbar gemacht werden. Diese Festplatten weisen in der Regel unterschiedliche Typen auf, mit der angegebenen Datenspeicherkapazität und Festplattengeschwindigkeit, die manchmal als Gigabyte pro Sekunde (für die Speicherzugriffsgeschwindigkeit) oder Umdrehungen pro Minute (U/min, z. B. 7.200 oder 10.000) angegeben werden.
Weitere Speichertypen sind NAS (Network Attached Storage), SAN (Storage Area Network), virtuelle Dateisysteme von verschiedenen Software- und Hardwareanbietern, verschiedene RAID-Konfigurationen für Langlebigkeit und Zuverlässigkeit oder Cloud-Speichersysteme wie AWS FSx oder Azure Files. Jedes dieser Systeme sollte bei einer Empfehlung zum physischen Design sorgfältig überprüft und erwogen werden, da sie unterschiedliche Merkmale, Stärken und Schwächen aufweisen. NAS-Speicherkonfigurationen sind insbesondere für ArcGIS Server-Sites relevant, und die Softwaredokumentation enthält spezielle Anleitungen zur Auswahl eines NAS-Geräts.
Speicher ist besonders relevant für Komponenten, bei denen viele Lese- und Schreibvorgänge stattfinden, z. B. der ArcGIS Server-Konfigurationsspeicher oder eine Festplatte, die zum Hosten einer relationalen Datenbank verwendet wird. In diesen Fällen können die Geschwindigkeit und der Durchsatz des Speichers erheblichen Einfluss auf die Performance des Systems haben. Stellen Sie sicher, dass der von Ihnen verwendete Speicher auf Auslastung überwacht werden kann, und vergewissern Sie sich bei Performace-Tests, dass die Speichergeschwindigkeit keine Engpässe verursacht, bevor die Rechenleistung maximiert wird.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen allgemeinen Designüberlegungen müssen weitere ArcGIS- oder produktspezifische Überlegungen für das physische Design beachtet werden. Diese werden im Folgenden erläutert.
Für Organisationen, die ArcGIS Online verwenden, müssen im Rahmen des Systemdesigns weniger Entscheidungen zum physischen Design getroffen werden. Der Grund dafür ist, dass es sich um ein SaaS-System handelt und das Design der Back-End-Rechenleistung, des Speichers oder Arbeitsspeichers im Wesentlichen durch Esri erfolgt und nicht für die jeweilige Organisation konfiguriert oder angepasst werden kann.
ArcGIS Online bietet verschiedene Optionen zum Speichern von Feature-Daten, darunter die Standard-Größe und verschiedene Premium-Größen. Der gewählte Speichertyp kann sich auf den Durchsatz und die allgemeine Performance gehosteter Feature-Services in einer Organisation auswirken. Der Premium Feature Data Store stellt einer Organisation dedizierte Speicherkapazität und Rechenleistung zur Verfügung, die bei komplexeren Workflows oder Prozessen mit höherem Durchsatz hilfreich sein können. Weitere Informationen finden Sie unter den Optionen für den Premium Feature Data Store.
Berücksichtigen Sie die Auswirkungen der Hardwarekonfiguration des Clients auf die Verwendung von ArcGIS Online durch diesen Client. Beispielsweise kann eine komplexe Web-App mit 3D- und WebGL-Inhalten auf einem Gerät mit geringeren Hardwarespezifikationen mangelhaft angezeigt werden. Zwar greift der Client auf Daten aus ArcGIS Online zu, die Ursache für eine geringe wahrgenommene Performance ist jedoch die Hardwarekonfiguration des Clients und nicht ein Fehler in der Hosting- oder Servicekonfiguration in ArcGIS Online.
Die meisten ArcGIS Enterprise-Architekturen enthalten eine Enterprise-Geodatabase, die als Teil eines vorhandenen relationalen Datenbankmanagementsystems (RDBMS) konfiguriert ist. Die physischen Ressourcen, die für diese Datenbankkomponente bereitgestellt werden, können einen erheblichen Einfluss auf die Performance und Benutzerfreundlichkeit dieser Komponente haben und sollten während des Entwurfsprozesses sorgfältig erwogen werden. Die meisten RDBMS-Softwarepakete enthalten ausgereifte Performance-Monitoring-Werkzeuge, und Datenbankmanagement-Experten können Beratung zur angemessenen Dimensionierung dieser Ressourcen bieten.
Esri hat in der Vergangenheit eine Reihe von Werkzeugen oder Ressourcen für das physische Design veröffentlicht und verwaltet, einschließlich des Capacity Planning Toolkit. Diese Ressourcen waren für herkömmliches physisches Design konzipiert, bei dem die CPU-Kerne und die Systemkonfiguration weniger flexibel (und nicht virtualisiert) waren und die Workflows hauptsächlich Desktop-Clients umfassten, die eine Verbindung mit Datenbanken und Webdiensten herstellten. Diese Ressourcen werden nicht mehr mit neuen Prozessorspezifikationen aktualisiert und entsprechen nicht mehr genau den gängigeren webbasierten Workflows eines modernen ArcGIS-Systems.