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¿Qué tecnología de almacenamiento elijo? Fibre Channel, iSCSI o NAS

Una de las decisiones más importantes y críticas a la hora de diseñar una infraestructura de virtualización es la tecnología de almacenamiento a utilizar. Cada entorno es diferente, por lo tanto no hay una solución única que se adapte a cualquier tipo de infraestructura.

Durante años, la solución más utilizada ha sido la tecnología Fibre Channel (FC) pero en los últimos años otros sistemas como NAS o iSCSI se han convertido en alternativas para entornos de virtualización. Estos últimos ofrecen un ratio de rendimiento/precio.

A continuación vamos a analizar cada una de las tecnologías de almacenamiento y sus ventajas y desventajas:

Fibre Channel (FC)

FC presenta un grado alto de rendimiento y fiabilidad pero implican realizar una inversión económica mayor e introducen complejidad en la configuración del centro de datos. FC es la solución más utilizada para entornos de virtualización de gran dimensión o máquinas virtuales con IOPS (número de E/S de acceso a disco) alto gracias a los anchos de banda que se alcanzan (8 Gpbs e incluso 16 Gbps).

Adicionalmente, las redes de almacenamiento basadas en FC en principio son más seguras que las basadas en Ethernet ya que el tráfico está aislado del tráfico normal. Pero por otro lado es más complicado implementar sistemas de autenticación y encriptación.

Sin embargo, la necesidad de disponer de hardware propio para la tecnología (HBAs y switches FC), hacen la solución más cara y compleja de administrar e implementar. Puede darse el caso de que la empresa no disponga de personal con conocimientos en entornos FC, por lo tanto se puede incurrir en costes adicionales de formación o consultoría externa.

iSCSI Storage

iSCSI es un sistema de almacenamiento basado en bloques como FC, pero a diferencia de éste utiliza componentes de una red Ethernet tradicional para realizar la conexión entre los hosts y el sistema de almacenamiento. Al utilizar componentes Ethernet, iSCSI es más barato de implementar.

iSCSI utiliza los llamados iniciadores (initiator) para enviar comando iSCSI a los dispositivios de almacenamiento. Estos iniciadores pueden ser basados en software o hardware. En la mayoría de situaciones, los iniciadores software pueden ser suficientes, una solución hardware ofrece un mejor rendimiento en E/S utilizando menos recursos del host. Hay que tener en cuenta que una solución software introduce un overhead de CPU en el host que se conecta a la red de almacenamiento.

iSCSI da un buen rendimiento en redes de 1Gbps (más si utilizamos multipathing), pero actualmente se pueden construir redes iSCSI de 10 Gbps que ofrecen un rendimiento parecido e incluso mejor que FC. El problema de las redes de 10 Gbps es que son tan caras de implementar como una red FC.

En cuanto a seguridad, a diferencia de FC, iSCSI implementa sistemas de autenticación (CHAP) y encriptación.

NAS

La principal diferencia entre iSCSI y NAS es el tipo de protocolo utilizado. Mientras que iSCSI está basado en bloques de discos, NAS es un sistema de compartición de archivos. De este modo, se descarga al dispositivo de almacenamiento de la responsabilidad de escribir datos a disco. NAS utiliza un software cliente que se comunica al servidor NFS mediante red Ethernet.

La mayor parte de las plataformas de virtualización soporta NAS. Debido a que NAS es un protocolo muy utilizado, existen diferentes opciones para utilizar un almacenamiento NAS con tus máquinas virtuales: desde un servidor físico convertido en servidor NAS o un dispositivo de almacenamiento dedicado basado en NAS. El coste y rendimiento de cada solución puede variar grandemente siendo los dispositivos dedicados los que ofrecen mayor rendimiento pero a un coste más alto.

En la mayoría de los casos, NAS no ofrece el mismo rendimiento que una red SAN FC pero una arquitectura de red bien configurada puede ofrecer un rendimiento adaptado a tus necesidades. De manera similar a iSCSI, NAS utiliza tarjetas de red para comunicarse con los dispositivos de almacenamiento, por lo tanto tenemos un límite de 1 Gpbs. A diferencia de iSCSI no permite multipathing ofreciendo un rendimiento inferior.

Entre las desventajas de NAS, no es posible arrancar un servidor directamente desde un dispositivo NAS. Adicionalmente, ciertos fabricantes no recomiendan NAS para ciertas aplicaciones sensibles a latencias.

Conclusiones

Los principales aspectos a tener en cuenta a la hora de elegir una tecnología u otra son: presupuesto disponible, rendimiento y capacidad. Adicionalmente, ciertos fabricantes de cabinas de almacenamiento ya incluyen una integración directa con infraestructuras de virtualización lo cual puede ser otro factor a considerar.

Aunque FC es una plataforma de almacenamiento bien conocida, no hay que descartar soluciones iSCSI o NAS como alternativas. Existe una gran variedad de dispositivos iSCSI o NAS en el mercado, tendremos que considerar sus capacidades y escalabilidad para asegurarnos que cumplen nuestros requisitos. El almacenamiento es quizás la decisión más crítica a la hora de diseñar nuestra infraestructura de virtualización.

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Gestión del almacenamiento en una infraestructura VDI

En el día de hoy vamos a hablar de como gestionar el almacenamiento en una infraestructura VDI. Para aquellos que no conozcan a que nos estamos refiriendo, VDI es el acrónimo de Virtual Desktop Infrastructure y hace referencia a aplicar el concepto de virtualización al entorno de escritorio (ordenadores personales) separándolo de la máquina física y utilizando un modelo cliente-servidor.

De este modo, VDI virtualiza imágenes de escritorio que pueden ser desplegadas desde un servidor de alojamiento centralizado a terminales de usuario (thin-clients). Esto permite reducir costes operativos y mejorar la seguridad.

Poco a poco las grandes empresas, con una gran cantidad de terminales físicos, están implementando este modelo con el objetivo de ahorrar costes y facilitar la administración y gestión de dichos equipos. Pero el éxito de implementar una infraestructura VDI depende de que la experiencia del usuario en el día a día no se vea afectada, y en este sentido el almacenamiento es uno de los factores con mayor impacto.

El almacenamiento que se establezca debe ser capaz de soportar picos de utilización en el almacenamiento. Por ejemplo, los denominados boot storms (arranque simultaneo de aplicaciones o sistemas operativos por parte de múltiples usuarios) producen altos picos de lectura/escritura en el almacenamiento. También pueden producir un aumento en la utilización la aplicación de parches, actualizaciones de antivirus, cierres de sesión de usuarios, etc.

Establecer requisitos de almacenamiento

A la hora de diseñar una infraestructura VDI es necesario comprender los requisitos de los usuarios. Para ello es imprescindible disponer de estadísticas reales de aquellos usuarios que vayan a ser “virtualizados”. Existen varios productos en el mercado que permiten obtener datos de los equipos de los usuario y facilitan el poder determinar las necesidades.

La principal unidad de medida para el almacenamiento son los IOPS y deben adaptarse a los datos tomados de los equipos. Existen múltiples factores que pueden afectar a esta medida, como por ejemplo la existencia o no de caché, el tamaño de bloque, existencia de RAID, etc. Pero la base del cálculo de los IOPS de una cabina se derivan de factores hardware como: velocidad de rotación (rpm), latencia y tiempo de búsqueda.

Por ejemplo, un disco típico de 7200 RPM suele dar 75 IOPS, mientras que un disco de 15K RPM 175 IOPS o un disco de estado sólido 5.00o IOPS.

Como comentábamos antes, no se debe diseñar el almacenamiento VDI para gestionar las cargas medias de E/S, debe ser capaz de poder soportar los picos de carga. Por lo tanto, tener la suficiente capacidad de almacenamiento es un factor importante, pero el poder dar un rendimiento suficiente lo es más.

Trucos para aumentar la eficiencia

Linked clones

Utilizar linked clones puede ahorrarnos el uso de capacidad de almacenamiento. El concepto se basa en tener una máquina virtual “maestra” que mantiene una imagen base del sistema operativo que utilizan los equipos de los usuarios. De este modo, todos los escritorios virtuales leen desde la misma imagen y escriben sobre un fichero dedicado a cada uno de ellos. Estos ficheros, llamados ficheros delta, normalmente son de un tamaño pequeño.

Aunque la utilización de linked clones a simple vista tenga ventajas, por el contrario pueden ser más complicadas de mantener que imágenes de disco completas para cada escritorio.

Asignación de RAM

Otro truco que puede mejorar el rendimiento es la cantidad de RAM asignada a una máquina virtual. Si no se asigna la suficiente cantidad de RAM, el sistema operativo comenzará a paginar sobre disco, lo cual puede incrementar el número de E/S a disco.

Pero asignar mucha RAM también puede tener efectos perniciosos sobre el rendimiento del almacenamiento, ya que es posible que causen swapping a nivel de la capa de virtualización si el Host tiene más memoria asignada que la realmente tiene físicamente (overcommitting).

Aceleradores y cachés

En el mercado existen dispositivos de caché y aceleradores SAN que nos dan más IOPS. Además nos permiten ahorrar dinero en la adquisición de la cabina de almacenamiento ya que podemos comprar un sistema más económico.

Utilizar cachés de lectura lo suficientemente grandes, pueden mejorar el rendimiento en las boot storms.

Evitar picos de uso

Por último, evitar lo más posible la aparición de picos de uso. Aunque las denominadas boot storms no pueden ser evitadas, otras operaciones como el parcheado o actualización de antivirus pueden ser escalonadas en el tiempo. En lo que respecta a los antivirus, el procesado puede ser trasladado de la capa de sistema operativo del escritorio a la capa de virtualización donde se ejecuta más eficientemente.

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Consejos de utilización de NFS en un entorno virtualizado

Los entornos de virtualización básicamente soportan tres tipos de tecnologías de almacenamiento:

  • DAS (Direct Attached Storage): discos físicos directamente conectados al Host.
  • NAS (Network Attached Storage): se comparten sistemas de ficheros a través de red. Los protocolos más conocidos son NFS o CIFS.
  • SAN (Storage Area Network): a diferencia de un sistema NAS, en una red SAN se presentan en la red bloques de disco. Las tecnologías más conocidas son iSCSI y Fiber-Channel.

En este artículo nos vamos a centar en la tecnología NAS y en partícular en NFS. La utilización de NFS en un entorno virtualizado presenta ventajas de coste y complejidad para los administradores IT. Por el contrario, NFS da un rendimiento inferior a tecnologías tipo SAN y no soporta multi-pathing.

¿Qué beneficios tiene utilizar NFS en entornos virtualizados?

El principal beneficio es el coste. Tener un sistema de almacenamiento compartido es casi obligatorio en una infraestructura de virtualización si se desea aprovecharse de alguna de sus características avanzadas como la alta disponibilidad o la migración entre hosts en caliente (vMotion en VMware).

El coste de implementar una solución en Fiber-Channel es normalmente más elevado que una solución NAS.  Ésta utiliza componentes de red comunes como tarjetas de red, cables de red o switches en vez de adaptadores, cables de fibra y switches FC que habitualmente tienen un precio elevado.

Otro beneficio es la complejidad. Implementar una solución NAS es normalmente más sencillo que una solución SAN y no suele ser necesario disponer de la ayuda de un administrador especializado en almacenamiento.

¿Qué desventajas o complicaciones puedes tener en una solución NAS?

NFS no soporta el arranque de sistemas, por lo tanto si deseas que tus Hosts arranquen de una solución de red centralizada no podrás hacerlo utilizando NFS.

NFS utiliza un software cliente para poder acceder a los sistemas de ficheros en red. Éste está compilado a nivel hypervisor en vez de a nivel de adaptador hardware. Por lo tanto, se produce una sobrecarga de CPU cuando se comunica el hypervisor con el servidor NFS que puede afectar al rendimiento de las máquinas virtuales. En este sentido es primordial tener la suficiente capacidad de procesamiento (CPU) para evitar que llegue a ser el cuello de botella de nuestra infraestructura.

Por último, una solución NAS no soporta multi-pathing. Este tipo de solución, soportada en iSCSI o FC, se utiliza para balancear la carga y tener tolerancia a fallos. Con NFS, únicamente una sesión TCP está abierta con el almacenamiento, lo cual limita el rendimiento global. Este hecho puede ser resuelto parcialmente utilizado tarjetas 10 Gigabit Ethernet (GbE) o utilizando múltiples almacenamientos de  un tamaño menor. En cuanto a la tolerancia a fallos, la única solución es utilizar múltiples NICs a nivel de virtual switch.

Consejos para lograr el mayor rendimiento posible en una solución NAS

Como ya hemos comentado, es vital tener los suficientes recursos en CPU para evitar que llegue a ser el cuello de botella de nuestra solución. Esto puede ser resuelto de manera más o menos simple asegurándose de que no se sobrecargan las CPUs virtuales con un número elevado de máquinas virtuales.

La arquitectura de red es otro aspecto a tener en cuenta. NFS es altamente dependiente de la “salud” de nuestra red y de su utilización. Por lo tanto, es básico aislar el tráfico NFS del resto utilizando tarjetas de red (NIC) físicas dedicadas que no sean compartidas por ninguna máquina virtual. Del mismo modo, a nivel de switch se debe aislar la comunicación entre los Hosts y servidores NFS creando VLANs dedicadas.

La utilización de NICs de 1 GB suele ser adecuada en la mayoría de los casos, pero si queremos obtener un rendimiento superior podemos utilizar tarjetas de 10 GbE.

Por último, el tipo de almacenamiento NFS que utilicemos es vital y debe adaptarse a nuestra demanda de E/S (I/O). Por lo tanto, por ejemplo no tiene sentido utilizar un viejo servidor Linux como servidor NFS. En general, cuanto más dinero invirtamos en una solución NFS, mayor rendimiento obtendremos. Es fundamental que la solución adquirida se adapte a las necesidades de nuestra infraestructura de virtualización.

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