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Tecnología VMware vSAN como elemento de sistema hiperconvergente para proveedores de servicios en la nube

Infraestructura hiperconvergente

La tecnología VSAN es uno de los elementos del sistema hiperconvergente de VMware, que los proveedores de la nube utilizan activamente para crear un servicio de alquiler de infraestructura virtual (IaaS) resistente, flexible y escalable.

Pero antes de comenzar una discusión sobre esta tecnología, propongo puntuar las i en la terminología y hablar un poco sobre la historia del desarrollo de enfoques para construir infraestructura desde la arquitectura clásica de tres niveles hasta los sistemas hiperconvergentes.

Enfoques para construir infraestructura

Una infraestructura compuesta por tres componentes puede considerarse clásica en este momento:

  • potencia informática (servidor);
  • sistemas de almacenamiento de datos;
  • red de almacenamiento.

Este panorama está firmemente establecido como estándar en centros de datos e implementaciones empresariales de todos los tamaños. El circuito ha sido probado a lo largo del tiempo, pero no sin inconvenientes evidentes:

  • Cada elemento del marco requiere habilidades adecuadas para su implementación y apoyo.
  • La integración de estas soluciones se vuelve más complicada por las mismas razones y aumenta el tiempo tras el cual se obtiene un producto listo para usar.
  • La escalabilidad de tales sistemas también es complicada debido a las diferentes interfaces de control y la necesidad de un enfoque integral para expandir un módulo en particular.

La convergencia se reduce a una idea simple: consolidar roles para resolver múltiples problemas dentro de una sola estructura. Este enfoque se originó a mediados del siglo pasado en entornos de transmisión de datos, combinando la transmisión de diferentes tipos de tráfico dentro de las mismas líneas de comunicación.

Los proveedores interpretan este concepto a su manera, generalmente insertando algunas fortalezas de sus productos, pero el significado no cambia a partir de esto: el enfoque convergente (integrado, según Gartner) de la infraestructura tiene como objetivo minimizar los costos de implementación, mantenimiento y la velocidad de implementación al combinar roles dentro de un solo sistema, que es administrado por una sola interfaz.

Uno de los representantes del enfoque anterior es Cisco UCS, que combina, dentro de una única solución, el acceso tanto a la potencia de procesamiento como a un sistema de almacenamiento con una red de servicio. La solución es administrada por un solo Cisco UCS Manager, que le permite configurar cualquier módulo en el sistema, desde la red hasta los perfiles de servidor, lo que le permite configurar nuevos servidores en segundos. En términos de escalabilidad, estos sistemas no son tan flexibles como la infraestructura clásica, pero no se pueden comparar en términos de la simplicidad de aumentar ciertos recursos. Si ha alcanzado el límite de rendimiento de almacenamiento para todo el chasis, puede ampliar el recurso agregando otra solución a la fábrica. En el menor tiempo posible recibirás un producto, listo para trabajar, gestionado por todos por un mismo responsable. Esto hace que estos sistemas sean extremadamente fáciles de mantener, escalar e implementar, además de brindar una mayor flexibilidad en la asignación de recursos y la densidad de potencia informática.

La diferencia entre un marco convergente y un marco hiperconvergente (HCI) es que el primero es ensamblado por un proveedor, preconfigurado y combina todos los componentes necesarios para la implementación y administración del servicio. En una estructura hiperconvergente, mediante software, el sistema se ensambla a partir de diferentes bloques, que suelen ser los clásicos servidores en rack. El enfoque de HCI se basa en la idea de un centro de datos definido por software (SDDC), donde todos los componentes de la arquitectura clásica se virtualizan y se proporcionan «como un servicio». Esto ofrece enormes oportunidades en términos de flexibilidad de personalización, facilidad de escalabilidad y gestión del sistema en su conjunto.

En la práctica, este enfoque, utilizando el ejemplo de los productos VMware, tiene este aspecto:

Es decir, se toma la cantidad de servidores necesarios para el proyecto en el que están instalados los hipervisores, se configuran los repositorios de software y se implementan las herramientas de orquestación.

Tecnología VSAN

VMware es un proveedor líder de software para crear centros de datos definidos por software hiperconvergentes, y vSAN ha agregado almacenamiento definido por software a la canasta de productos de la empresa. vSAN está completamente integrado en el hipervisor vSphere, no requiere herramientas de implementación de terceros y le permite transformar servidores en rack de diversas modificaciones en un solo centro de datos sin la necesidad de sistemas de almacenamiento separados o la creación de una red de datos.

En términos simples: vSAN crea un único almacén de datos a partir de los discos locales de diferentes servidores X86 para todo el clúster de vSphere, disponible para todos los participantes (hosts) del sistema combinado y también proporciona la tolerancia a fallas de la solución.

Tecnología VSAN

Con vSAN, los servidores se crean de 1 a 5 grupos de discos por servidor, que incluyen un SSD requerido por grupo para el almacenamiento en caché (nivel de caché) y hasta 7 discos para datos (nivel de capacidad). Los grupos de discos en diferentes hosts de virtualización se recopilan en un único almacenamiento distribuido en todo el clúster. La implementación all-flash también es compatible a partir de la versión 6.0.

Al implementar un clúster de vSphere con tecnología vSAN, obtenemos un sistema flexible, altamente escalable y bastante fácil de configurar y mantener que se administra desde una única interfaz. El componente Administración basada en políticas de almacenamiento es responsable de administrar vSAN, en el cual se crean políticas que determinan el nivel de tolerancia a fallas y rendimiento. Podemos aplicar políticas de manera oportuna para cada VM, después de determinar el nivel requerido de distribución de datos en el clúster.

El controlador proporciona las unidades en modo de paso a través, sin la necesidad de crear una matriz de incursión. Obviamente, nadie prohibirá implementar el sistema y agregar, por ejemplo, raid-10 como un disco de capacidad al grupo de discos, pero luego parte de las unidades simplemente se pierden, ya que la tolerancia a fallas y la lógica de aumentar el rendimiento del sistema de archivo están integrados en los mecanismos de vSAN. Además, existe el riesgo de perder el soporte de VMware.

La tolerancia a fallas en vSAN se basa en el siguiente principio: definido por VM Número de errores a tolerar, que por defecto es igual a 1 e indica la cantidad de hosts, cuya caída no afectará el rendimiento de esta VM. El mismo mecanismo para distribuir datos de VM al clúster de vSAN está determinado por el parámetro Método de tolerancia a fallos, que describe la lógica para proporcionar conmutación por error. Actualmente, se utilizan dos opciones:

  • Reflejando (duplicación): cuando los datos de la máquina virtual están completamente duplicados en los hosts del clúster vecinos. El número de espejos depende del parámetro Número de errores a tolerar. Por ejemplo, hay 4 hosts en un clúster y este parámetro es 1. Esto significa que si uno de los hosts de almacenamiento de datos de esta VM falla, todas las operaciones de E / S irán al host con la copia y comenzará la reconstrucción proceso, que intentará devolver el nivel establecido de errores permitidos a la única copia de esta VM, es decir, los datos simplemente se reflejarán en el host «en vivo». Este método es caro en términos de consumo de capacidad, pero ofrece la mayor ganancia de rendimiento.
  • Segundo método – Codificación de cancelación – heredó la lógica de asignación de recursos de RAID5 y RAID6. Según esta lógica, el clúster es capaz de gestionar 1 o 2 fallos respectivamente. Dado que gana en capacidad pero pierde rendimiento en esta configuración, el método solo admite el almacenamiento All-Flash. El algoritmo de conmutación por error es similar a los niveles RAID correspondientes y al número mínimo de unidades en un grupo. Es decir, si hay 4 hosts, tenemos la oportunidad de resolver 1 error, si hay 6 hosts – 2. El aumento de capacidad en esta distribución es 1.5 y 2 veces, respectivamente.

Las capacidades de resiliencia de vSAN no se detienen ahí. Es posible combinar hosts en los denominados dominios de fallas, configurando la tolerancia a fallas no solo a nivel de host, sino también a nivel de un grupo completo, que, por ejemplo, puede formarse sobre la base de la pertenencia al rack.

La funcionalidad de vSAN puede satisfacer a cualquier usuario final del producto, desde el segmento empresarial hasta los proveedores de la nube. Los mecanismos de deduplicación y compresión pueden ahorrar significativamente espacio utilizable, y la tecnología de almacenamiento en caché mejorará en gran medida el rendimiento de E / S. Cabe señalar que para las soluciones All-Flash, toda la capa de caché se proporciona para escritura, ya que el rendimiento de las unidades de estado sólido permite rechazar una caché separada para la lectura. En un diseño híbrido, la relación de caché es 70/30 a favor de la lectura.

vSAN está estrechamente integrado con el hipervisor vSphere, de modo que todas sus tecnologías, como HA, vMotion y otras características, están disponibles para nosotros en el trabajo relacionado.

¿Quién podría estar interesado en las soluciones hiperconvergentes?

Teniendo en cuenta el concepto horizontal de escalabilidad de los sistemas hiperconvergentes basados ​​en tecnologías VMware y el crecimiento paralelo de la capacidad de producción y los volúmenes de almacenamiento, la aplicación más obvia de vSAN se ve en la infraestructura de escritorio virtual, VDI. Este concepto de extensión se ajustará idealmente al diseño de la tecnología, y la simplicidad de escalamiento y mantenimiento permitirá que el servicio se brinde de la manera más rápida y eficiente posible.

Esto también se aplica a otros servicios en las carteras de proveedores de IaaS que utilizan plantillas de VM similares. La deduplicación de imágenes y la estrecha integración con otras soluciones de vSphere proporcionan una gran ganancia en implementaciones de nube privada. Al reducir los costos de mantenimiento, implementación y facilidad de escalabilidad, el usuario final puede obtener un servicio a mejores precios sin sacrificar la calidad y el desempeño del servicio.

La tecnología también puede resultar atractiva para las empresas que tienen una flota de hardware de servidor ya preparada y se enfrentan a la necesidad de elegir sistemas de almacenamiento para determinadas tareas. Por un lado, vSAN reducirá el nivel de experiencia requerido para la implementación, simplificará el mantenimiento y la administración y eliminará los requisitos para una red de almacenamiento. Pero por otro lado, no se olvide de los costos de licenciamiento y la necesidad de utilizar hardware similar, en primer lugar, los componentes del subsistema de disco. Esta no es una regla estricta, es posible utilizar discos con diferentes velocidades de rotación, pero en este caso existe el riesgo de inestabilidad en el almacén de datos, que sincronizará la velocidad de la unidad más lenta.

investigación de gartner

En conclusión, observamos que los sistemas hiperconvergentes están fortaleciendo cada vez más sus posiciones en el mercado. Su credibilidad está creciendo y, según los resultados del análisis de IDC, el crecimiento de la participación de HCI este año será del 150% en comparación con el anterior. Gartner espera el 20% de la participación total de las soluciones de HCI para 2020. Esto sugiere que esta arquitectura está lista para la confrontación con el paradigma clásico, ha resistido la prueba del tiempo, avanzando firmemente en el fondo de los proveedores de IaaS y fortaleciendo su posición cada año. de la idea de un centro de datos definido por software que, si no sustituye a otras soluciones, seguramente se hará un hueco en el centro de datos.