Por qué all-flash debe estar en el servidor

Muchos equipos de TI no están seguros de cómo implementar flash para lograr un rendimiento óptimo en aplicaciones empresariales críticas. La implementación de flash en el servidor en lugar de en una matriz centralizada ofrece ventajas significativas a través de la reducción de la longitud de la trayectoria de E/S, la eliminación de cuellos de botella y las mejoras en el escalamiento y la gestión de la infraestructura.

Disminución de la latencia acortando la longitud de la trayectoria de entrada/salida.

Piense en la ruta que tiene que tomar una solicitud de lectura de E/S en una infraestructura convencional (con servidor, red de almacenamiento y matriz de almacenamiento) frente a la ruta que sigue una solicitud de E/S cuando el flash es local. Esto se ilustra en la siguiente figura:

Trayectoria de datos de E/S SAN

Ruta de datos de Nutanix

Longitud de la trayectoria de E/S de la infraestructura tradicional en comparación con Nutanix

Las SSD tienen latencias de acceso medidas en microsegundos, mientras que el tiempo de ida y vuelta de la red (RTT) en un centro de datos típico puede ser un orden de magnitud más alto. Sea cual sea el RTT de su centro de datos, la latencia de la red probablemente constituya una gran fracción de la latencia total de E/S entre un servidor y una matriz all-flash. Por lo tanto, eliminar la red es la mejor manera de reducir la latencia.

El analista de la industria IDC encuentra que las aplicaciones de hoy en día están diseñadas cada vez más para la baja latencia que el almacenamiento flash a través de una SAN es como poner ruedas de madera en los resultados de cálculo y almacenamiento co-ubicados, teniendo en cuenta esto:

Los sistemas hiperconvergentes acortan la ruta de E/S desde la aplicación hasta el almacenamiento, lo que resulta en latencias significativamente más bajas de las que puede ofrecer el almacenamiento en red. -IDC 

¿Qué pasó con el «flash de servidor»?

Hace unos años, había mucho revuelo respecto a los flashes de servidor – aceleradores de flash de servidor instalados en las ranuras PCIe de los servidores estándar. Fusion-io era quizás la solución más conocida, pero EMC introdujo XtremSF (aún disponible) y NetApp ofrecía Flash Accel.

Hay muchas razones por las que ya no se oye hablar mucho de estos dispositivos. Inicialmente, las capacidades disponibles no eran lo suficientemente grandes como para servir como caché adecuado para las aplicaciones que necesitan más datos. Pero la razón más grande es probablemente la dificultad de manejar todos esos dispositivos separados de manera efectiva. Si los utiliza como almacenamiento permanente, entonces tiene que averiguar cómo proteger los datos. Si los utiliza como caché, entonces tiene que garantizar de alguna manera la consistencia de la caché. Los problemas típicamente resultan en todo un dispositivo que se está limpiando y que tiene que volver a calentarse en un periodo de horas. 

La situación es similar en principio para cualquier conjunto de servidores con SSD internas. Aquí es donde entra en juego la hiperconvergencia de la arquitectura de escala web de Nutanix. Nutanix agrupa todas las unidades SSD en todos los nodos con fines de gestión, protección de datos y recuperación ante desastres. Los datos en caliente se almacenan automáticamente en las unidades SSD locales de cada VMpara su rendimiento. Si las necesidades de almacenamiento de una aplicación superan la capacidad de almacenamiento local, utiliza de forma automática y transparente la capacidad disponible en otros nodos.

Eliminar los cuellos de botella de los controladores y de la red

Debido a que las unidades SSD son tan rápidas, tienen el potencial de colapsar muy rápidamente tanto los controladores de almacenamiento como las redes.

Cuellos de botella de los controladores

Un sistema de almacenamiento all-flash típico tiene un diseño de controlador doble, que funciona en modo activo/activo o activo/pasivo. El número total de IOPS que pueden realizarse es limitado. Con las unidades SSD capaces de proporcionar 100,000 IOPS o más, sólo unos pocos dispositivos son capaces de proporcionar un rendimiento superior al que puede ofrecer un controlador típico. Cuando se conectan 10, 20 o más unidades SSD a un controlador, el rendimiento máximo que se puede obtener de la matriz all-flash es mucho menor que el rendimiento agregado de las unidades SSD que contiene.

Cuellos de botella de la red

La situación es similar en el caso de las redes, donde es más probable que el ancho de banda sea el factor limitante. Las SSD de clase empresarial típicas, como las de Intel, son capaces de ofrecer un rendimiento de lectura de 500 MB/s y de escritura de 450+MB/s2. Una vez más, algunas SSD tienen la capacidad de saturar las tecnologías de red más utilizadas.

Tabla 1: Número de SSD necesarias para saturar las redes de almacenamiento común

Se acercan redes más rápidas, pero también dispositivos más rápidos. Los números de rendimiento SSD citados son para una unidad de interfaz SATA. La misma unidad con una interfaz PCIe ofrece más de cuatro veces el rendimiento de lectura.

Cálculo del cuello de botella

Suponga que tiene 10 servidores que se conectan a través de una SAN FC de 8 Gb a una matriz all-flash que contiene 10 unidades SSD. Supongamos que cada SSD tiene capacidad para 50K IOPS y que los controladores de matriz tienen capacidad para un rendimiento combinado de 150,000 IOPS y 3 GB/seg. Asuma además que cada servidor virtualizado está ejecutando instancias de base de datos capaces de generar 50K IOPS o consumir 500MB/segundo de ancho de banda. Aunque estos números no son típicos, están dentro de las capacidades de los servidores y aplicaciones de hoy en día.

La siguiente imagen resume la situación.

Incluso con sólo 10 SSD, la matriz all-flash es un cuello de botella obvio tanto para el IOPS como para el rendimiento máximo.

El traslado de las unidades SSD a los servidores elimina la complejidad, el costo, la latencia y los cuellos de botella creados por los controladores y conmutadores:

Con las soluciones all-flash de Nutanix, las SSD siguen siendo un recurso compartido. Cada nodo del servidor tiene múltiples SSD y acceso completo a la capacidad disponible y al rendimiento de todas las SSD, con resiliencia y servicios de datos equivalentes a una matriz centralizada o mejores que ésta. Cada vez que se agrega un nodo, el rendimiento informático y del almacenamiento se escalan en paralelo.

Cómo abordar los problemas de escalabilidad

Uno de los retos «ocultos» de la infraestructura de TI convencional con matrices all-flash es el escalamiento. Con el tiempo, necesitará agregar más servidores, y más servidores naturalmente requieren más almacenamiento. Puede agregar capacidad a su matriz de almacenamiento, pero en algún momento sus controladores no podrán proporcionar más IOPS para soportar la carga máxima. Esto significa almacenar en controladores más rápidos o añadir un segundo sistema de almacenamiento. Lo mismo ocurre con el trabajo en red. A medida que vaya escalando servidores y almacenamiento, necesitará más enlaces de red o enlaces de red más rápidos para satisfacer las necesidades máximas de IOPS y de ancho de banda.

Aunque estos tipos de problemas de escalabilidad siempre han existido, con el rendimiento de las SSD flash, son relativamente pocos los dispositivos añadidos que pueden inclinar la balanza. Esta situación nunca existió bajo el paradigma de las HDD. Es extremadamente difícil diseñar una solución que ofrezca el máximo rendimiento de SSD desde una matriz de almacenamiento a través de una red de almacenamiento hasta aplicaciones que se ejecutan en servidores. Cuando se agregue algún recurso en un lugar, corre el riesgo de sobrecargar otro.

Escalamiento VDI

La infraestructura de escritorio virtual (VDI) genera cargas de trabajo de escritura pesadas con E/S de almacenamiento aleatorio. Esto dificulta el mantenimiento de un rendimiento consistente. Las demandas pueden variar mucho dependiendo de los patrones de uso, la hora del día y las aplicaciones que se utilizan. Las tormentas de arranque, los análisis antivirus y las actualizaciones de parches pueden suponer una carga repentina para la infraestructura y ralentizar el rendimiento de los usuarios finales.

Los entornos VDI a menudo se extienden durante un periodo prolongado para reemplazar el hardware de escritorio existente a medida que llega al final de su vida útil. Con la infraestructura convencional, la escalabilidad del rendimiento del almacenamiento es un reto.

Lo que funcionó en la prueba de concepto podría no funcionar en la producción. Usted tiene que comprar matrices de almacenamiento por adelantado con mucho más rendimiento y capacidad de la que necesita o arriesgar actualizaciones costosas más adelante.

Todas las plataformas all-flash de Nutanix resuelven los retos de rendimiento y escalabilidad de VDI. Debido a que cada nodo hiperconvergente incluye tanto la computación como el almacenamiento, la escalabilidad es lineal. Cada nodo adicional soporta un número predecible de usuarios adicionales. Y como la mayoría de las E/S son locales, el impacto en la red de añadir nodos es modesto en relación con la situación en la que los servidores y el almacenamiento están separados.

Eliminar la complejidad de la infraestructura

La infraestructura convencional, con servidores, redes de almacenamiento y almacenamiento de origen independiente, es compleja y tiene muchos componentes independientes que gestionar y equilibrar. Esta arquitectura tenía sentido cuando era necesario cumplir con los requisitos de rendimiento del almacenamiento, pero la industria ha sido lenta a la hora de replantearse el modelo de centro de datos a medida que la situación ha cambiado.

La adición de matrices all-flash a la composición de infraestructura existente aumenta la complejidad. La implementación de una matriz all-flash para resolver un problema de puntos en particular es una cosa, pero ahora los equipos de TI tienen la tarea de extender el rendimiento de los flashes a un conjunto cada vez más amplio de aplicaciones para la consolidación de cargas de trabajo mixtas. Debido a que la capacidad y el rendimiento de la mayoría de las matrices es limitado, esto significa gestionar un número cada vez mayor de matrices all-flash además de las matrices híbridas o de HDD, redes de almacenamiento y servidores existentes.

Las soluciones all-flash de Nutanix combinan la pila de centros de datos, incluyendo servidores, redes de almacenamiento, almacenamiento y virtualización para crear una nube empresarial fácil de gestionar. Los dispositivos all-flash escalan un nodo a la vez, reemplazando componentes complejos y costosos, y acelerando el rendimiento para las aplicaciones más exigentes de Nivel 0 y Nivel 1 con acceso a datos locales. Un reciente informe Pathfinder realizado por 451 Research4 resume las ventajas:

La convergencia del almacenamiento flash de alto rendimiento con plataformas hiperconvergentes es el siguiente paso hacia adelante en la evolución del almacenamiento de datos. Si bien estas dos tecnologías ya han demostrado sus méritos relativos en el mercado, la combinación de flash e hiperconvergencia es más que una mezcla de beneficios acumulativos; proporciona un impulso de valor transformador porque las fortalezas del flash amplifican los beneficios de la hiperconvergencia y viceversa.
-451 Research

Nutanix introdujo la primera plataforma hiperconvergente allflash de la industria en 2014. Al reunir servidores y SSD en una única plataforma con un diseño totalmente distribuido, las plataformas all-flash hiperconvergentes y a escala web de Nutanix proporcionan todas las ventajas del almacenamiento gestionado de forma centralizada, a la vez que evitan las limitaciones que se comentaron en el capítulo anterior:

• Localidad de los datos. Los datos de la VM se mantienen en el mismo nodo en el que reside la VM, asegurando que la mayoría de las lecturas se realicen localmente en lugar de a través de una red, minimizando la latencia.
• Eliminación de cuellos de botella. Debido a que la mayoría de los accesos a los datos se producen en el mismo nodo, la E/S procede a la velocidad máxima que un nodo puede sostener. Como resultado, se reduce la carga de las redes y otros nodos.
• Arquitectura de escalamiento horizontal totalmente distribuida. Con un diseño completamente distribuido y definido por el software, una solución all-flash de Nutanix puede escalar para proporcionar el nivel de rendimiento y capacidad que sus aplicaciones requieren. La escala es predecible en términos de rendimiento, capacidad y coste.
• Menor complejidad y gestión sencilla. El diseño hiperconvergente de Nutanix reúne servidores, almacenamiento, virtualización y protección de datos, eliminando la complejidad de la infraestructura y de la gestión. 

Las plataformas all-flash de Nutanix ofrecen un rendimiento superior:

• Líder en rendimiento all-flash hiperconvergente. Basadas en pruebas internas, las soluciones all-flash de Nutanix ofrecen más de un millón de IOPS de lectura (tamaño de bloque de 8KB) u 800K IOPS de escritura en sólo 4U de espacio de rack.
• Precio/rendimiento líder en la industria. Las soluciones allflash Nutanix ofrecen un precio/rendimiento tan bajo como $0.35/ IOPS, superior al de las matrices all-flash más vendidas.

Autor: Nutanix, Inc.
Fragmento de «El rendimiento de las aplicaciones con soluciones All-Flash» de Nutanix