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Nutanix Complete ClusterLibro Blanco
NUTANIX COMPLETE CLUSTER: A TECHNICAL WHITEPAPER
Contenidos
Presentación 3
Introducción 4
Limitaciones de la arquitectura actual 4
El Enfoque Google 5
Arquitectura 6
Pilares fundamentales 6
Visión general 7
Almacenamiento convergente y escalable. Componentes 8
Prestaciones 11
Optimización de la capacidad 11
Administración sencilla 11
Rendimiento y Escalabilidad 12
Alta Disponibilidad 13
Conclusión 15
A día de hoy, el almacenamiento sigue siendo la asignatura pendiente de los
datacenters. Adaptar a las máquinas virtuales una arquitectura diseñada hace
15 años para el almacenamiento en servidores de red físicos resulta demasiado
caro y complejo. A falta de una alternativa de primer orden, las empresas se
ven obligadas a usar soluciones tradicionales incapaces de soportar las exigen-
cias de las máquinas virtuales -las cuales son dinámicas, crecen rápidamente y
elevan el nivel de exigencia en cuanto a capacidad y rendimiento.
Nutanix Complete Cluster ofrece una infraestructura ampliable de computa-
ción y almacenamiento para que la empresa pueda virtualizar su datacenter sin
recurrir al almacenamiento en red (SAN o NAS). Al haberse diseñado desde la
base para su uso en máquinas virtuales, a la gran capacidad de computación y
almacenamiento se unen su extraordinario rendimiento y diversas funciones de
escalabilidad, disponibilidad y administración. Gracias a los nuevos componen-
tes de hardware, a las unidades de estado sólido y a los mejores hipervisores
del mercado, esta solución permite virtualizar la computación y el almacena-
miento de forma rápida y económica.
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Presentación
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Actualmente las empresas construyen sus infraestructuras de virtualización
según los modelos tradicionales de arquitectura. Estos se basan en la conexión
en red entre servidores y almacenamiento, lo cual impide la adaptación cons-
tante que exige el modelo virtual. Pero la bajada del rendimiento no es el
único inconveniente que presenta el almacenamiento en red hoy en día, sino
que además supone una fuente inagotable de coste y complicaciones. La
arquitectura basada en el almacenamiento en red resultaba útil para los
servidores físicos, cuya carga de trabajo era relativamente estática. En cambio
la virtualización, y la computación en la nube, exigen un mayor dinamismo por
parte de los datacenters, dada la creación y el intercambio constante de
máquinas virtuales entre servidores y su dependencia de los recursos comparti-
dos. Con todo ello, la administración de máquinas virtuales, y la arquitectura
física sobre la que se basan, entrañan una complejidad superlativa.
Debido a lo fácil que resulta crear máquinas virtuales, el volumen de los
datacenters está creciendo a un ritmo vertiginoso. En la empresa, iniciativas
como la virtualización de escritorios son un buen ejemplo de ello. Pero es que
los proveedores de servicio trabajan con un número aún mayor de máquinas
virtuales, pues terminan construyendo datacenters para aquellos clientes
incapaces de afrontar el coste y el trabajo que supone la virtualización. La
presión a la que esta proliferación de máquinas virtuales somete a la arquitec-
tura tradicional –en cuanto a coste, rendimiento y administración- es demasia-
do grande.
El incremento en el número de unidades de estado sólido es otra de las
variables que condicionan la relación entre las tareas de computación y las de
almacenamiento. El uso de SSD capaces de multiplicar por 1000 el rendimiento
de un disco duro tradicional complicará aún más la administración y los embo-
tellamientos que se producen cuando las máquinas virtuales intentan acceder a
ellas a través de la red. Ya son muchos los fabricantes que incluyen unidades
SSD en sus soluciones de SAN/NAS, aunque a cambio de un desembolso consi-
derable tanto por las unidades como por la ampliación del ancho de banda
que estas necesitan.
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IntroducciónLimitaciones de la arquitectura actual
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Google y otras de las empresas que lideran la generación de la nube –Amazon,
Yahoo, Microsoft (Azure)- descubrieron que el enfoque tradicional basado en
el almacenamiento en red no estaba a la altura de sus datacenters. Por eso
desarrollaron tecnologías de software (como Google File System) capaces de
aglutinar una gran cantidad de servidores de almacenamiento doméstico en
un único cluster. Con este enfoque, Google logró fabricar una infraestructura
convergente de computación y almacenamiento basada en el uso de servidores
domésticos. Google File System se ejecuta a lo largo y ancho del cluster de
servidores y crea un espacio único de almacenamiento local al que se accede
con �uidez desde las aplicaciones ejecutadas en los servidores de dicho cluster.
Además aporta alta disponibilidad a las aplicaciones, pues enmascara errores
en los discos duros en incluso en los servidores. Gracias a Google File System,
Google consiguió ampliar la escalabilidad de computación y almacenamiento
de sus datacenters, y sortear el coste y las limitaciones al rendimiento que
supone el almacenamiento en red.
Nutanix ha adoptado un enfoque similar para la fabricación de una infraes-
tructura de computación y almacenamiento ideada exclusivamente para
máquinas virtuales.
El Enfoque Google
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Arquitectura de Nutanix Complete Cluster Pilares fundamentales
Computación distribuida
Virtualización
El diseño de Nutanix Complete Cluster parte desde cero para encontrar solucio-
nes de almacenamiento en máquinas virtuales, y lo hace mediante la fabrica-
ción de un sistema que aprovecha los últimos avances tecnológicos en arquitec-
tura, hardware y software. A continuación analizaremos los tres pilares funda-
mentales en los que se basa la arquitectura de Nutanix.
La arquitectura de Nutanix comparte con la de Google la escalabilidad de una
infraestructura de computación y almacenamiento que no depende de solucio-
nes en red. Partiendo de esta base, Nutanix fabrica una solución para la empre-
sa que, a diferencia de la de Google –que emplea su solución Google File
System para sus aplicaciones internas (búsqueda, Gmail, etc.)-, ofrece un gran
rendimiento en cualquier entorno. Además de la escalabilidad, también cuenta
con funciones de administración iguales o mejores que las que encontramos en
otras soluciones de almacenamiento en red avanzadas: alta disponibilidad,
backup, capturas y recuperación en caso de catástrofe.
La arquitectura Nutanix está diseñada para su uso en máquinas virtuales y
comparte todas las funciones de hipervisión características de la arquitectura
tradicional de almacenamiento en red, incluida la migración VM en vivo y la
alta disponibilidad. Asimismo, supera las limitaciones de las soluciones tradicio-
nales que se optimizaron en su día para funcionar en servidores físicos. Mien-
tras la computación se administraba máquina por máquina, la administración
del almacenamiento se realizaba a través de LUN. Cuando varias máquinas
virtuales comparten una misma LUN, resulta más complicado realizar operacio-
nes de backup, recuperación y capturas máquina por máquina. Además, en
entornos compartidos por numerosas máquinas también resulta más difícil
identi�car embotellamientos, debido a la confusión entre tareas de almacena-
miento y tareas de computación. Esto deja de ser un problema con la arquitec-
tura Nutanix.
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Unidades de estado sólido
Visión generalNutanix Complete Cluster es un cluster escalable de nodos o servidores de alto
rendimiento, cada uno de los cuales lleva un hipervisor estándar que incluye
procesadores, memoria y almacenamiento local tanto en discos duros como en
SSD. Los nodos incorporan máquinas virtuales a la manera de cualquier host de
máquinas virtuales. Por otra parte, el almacenamiento local de los nodos
queda virtualizado en un mismo espacio gracias al sistema de almacenamiento
convergente y escalable (SOCS) de Nutanix (Figura 1). En la práctica, el sistema
SOCS actúa como una SAN avanzada que emplea las SSD y los discos locales de
cada uno de los nodos para almacenar la información de las máquinas virtua-
les. Las máquinas virtuales que se ejecutan en el cluster escriben sus datos en
SOCS como si se tratase de una a SAN. SOCS se adapta a las máquinas virtuales
y cuenta además con funciones avanzadas de administración de datos. La
información queda almacenada en el sistema local, más cerca de las máquinas,
lo que se traduce en un mejor rendimiento a menor coste.
La arquitectura Nutanix se ha diseñado para sacar el mayor provecho a las
unidades de estado sólido para la empresa (SSD). Cabe señalar aquí que los
sistemas tradicionales de almacenamiento se diseñaron para su uso con medios
giratorios, y que los patrones de acceso de las SSD son completamente distin-
tas, razón por la cual no es fácil sacarles el mejor partido. Una SSD no sufre
latencias por rotación y búsqueda, y por esa razón se ha de optimizar el
software de manera diferente. No basta con tomar un software desarrollado
para discos duros y con�ar en que funcione e�cazmente en una unidad de
estado sólido. Por eso, la arquitectura Nutanix utiliza las SSD para almacenar
diversa información de acceso frecuente –desde metadatos hasta almacena-
miento primario- tanto en una caché distribuida de alto rendimiento como en
almacenamiento persistente de cobro rápido. Para lograr a�anzar las ventajas
de rendimiento que ofrecen las SSD, la arquitectura Nutanix:
• Reserva las SSD para funciones intensivas de I/O
• Cuenta con técnicas de ahorro de espacio para almacenar grandes cantidades
de información lógica en espacios reducidos
• Migra automáticamente a los discos duros la información “fría” o poco
usada, y permite al administrador omitir las SSD para las máquinas virtuales
de menor prioridad
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Server 1 Server 2 ..............
FusionIO HDDs
Virtual Machine / Virtual Disk
Server N
N u t a n i x S c a l e - O u t C o n v e r g e d S t o r a g e ( S O C S )
Figura 1: Arquitectura del sistema Scale-Out Converged Storage de Nutanix
Almacenamiento convergente y escalable. Componentes
Con Nutanix Complete Cluster, todas las funciones de virtualización –incluidas
la alta disponibilidad y la migración VM en vivo- trabajan con �uidez. El
administrador solo tiene que seguir los procesos estándar para crear máquinas
virtuales en el cluster. El sistema SOCS proporciona almacenamiento a estas
máquinas virtuales en forma de discos virtuales representados por dispositivos
iSCSI estándar.
Nutanix Complete Cluster se puede escalar en horizontal desde unos pocos
nodos a grandes cantidades, lo que permite a la empresa aumentar la capaci-
dad del sistema en la medida en la que va creciendo.
La pieza clave de la arquitectura Nutanix es el sistema SOCS –una capa de
almacenamiento convergente y escalable que ofrece las siguientes prestaciones
exclusivas:
• Converge con la capa de computación. Las máquinas virtuales y SOCS coexisten en el mismo cluster.
• Identifica las máquinas virtuales. SOCS dispone el espacio de almacenamiento para cada una de las máquinas y distingue la actividad I/O proveniente de cada una de ellas.
• Puede escalarse de unos pocos a grandes cantidades de nodos.
• Integra unidades de estado sólido en la base.
• Ofrece alta disponibilidad frente a fallos de nodo o disco.
• Ofrece alto rendimiento al localizar el acceso I/O, aprovechando las unidades de estado sólido por medio de una serie de mejoras de rendimiento.
• Ofrece funciones de optimización de la capacidad exclusivas.
El sistema SOCS se habilita con los siguientes componentes:
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Controlador del Cluster
Node 1 Node 2 ..............
SSDs HDDs
Virtual Machine / Virtual Disk
Node N
Control ler VM Control ler VM Control ler VM...... . . . . . . . .
.... ............ .... ............ .... ............
Figura 2: Arquitectura escalable Controller VM de Nutanix
Cache con sistema de distribución según el uso (HOTcache)
Mientras que las soluciones tradicionales de SAN suelen tener 1, 2, 4 u 8
controladores, el n-node Nutanix Complete Cluster cuenta con n controladores
(Figura 2). Cada uno de los nodos del Nutanix Complete Cluster lleva una
máquina virtual especial denominada Controller VM. Esta máquina hace las
funciones de un controlador de SOCS. Todos los Controller VM del cluster se
comunican entre sí, formando así un único sistema distribuido. A diferencia de
las soluciones tradicionales de SAN/NAS, limitadas por un número reducido de
controladores, esta arquitectura se puede ir ampliando a medida que se
añaden nuevos nodos.
HOTcache es una cache de alto rendimiento respaldada por las SSD de cada
nodo del cluster. Cuando una máquina virtual invitada escribe la información,
dicha información se registra primero en la HOTcache y después, en segundo
plano, se vuelca en el SOCS. HOTcache emplea una capa secuencial de datos
que arroja un extraordinario rendimiento aun en el supuesto en el que las
tareas de las máquinas virtuales se mezclen con las genéricas. HOTcache
guarda una copia en una SSD local y otra en un nodo distinto para evitar la
pérdida de información en caso de fallo.
Servicio distribuido de metainformación (Medusa)
En los sistemas tradicionales de almacenamiento, a medida que se va acumu-
lando información se suelen producir embotellamientos en los controladores.
Esto es así porque la metainformación se almacena en los propios controlado-
res. Este tipo de sistemas solo puede ampliarse a un número reducido de
controladores, de manera que, al aumentar el número de máquinas virtuales,
aumenta la carga de I/O de cada controlador.
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Servicio distribuido de mantenimiento (Curator)
FlashStore
DiskStore
1 MapReduce es una tecnología desarrollada por Google para el análisis masivo en paralelo de la informacióncontenida en un cluster
El servicio distribuido de metainformación de Nutanix, Medusa, distribuye la
metainformación del cluster a lo largo de este para facilitar la escalabilidad, y
replica la información en varios nodos como medida preventiva. La disponibili-
dad del servicio es muy alta y resistente a fallos múltiples de módulo. En
cambio, las soluciones tradicionales que dependen de unos pocos controlado-
res, no soportan fallos múltiples.
FlashStore es un persistente sistema de almacenamiento basado en �ash que
resulta tras aglutinar las SSD de todos los nodos en el cluster. La información
se escribe primero en FlashStore y de ahí se pasa a DiskStore tras enfriarse. Al
volver a calendar la información enfriada, esta es devuelta a FlashStore. El
administrador puede omitir el paso por FlashStore de aquellos discos virtuales
al servicio de máquinas de baja prioridad.
DiskStore es una grada SATA de alta capacidad de almacenamiento que recorre
todo el cluster. La función de distribución resistente al calor de Nutanix (HOT)
combina FlashStore y DiskStore para ofrecer alto rendimiento y bajo coste.
El servicio de mantenimiento de la información de Nutanix emplea la tecnolo-
gía MapReduce1 para la ejecución en segundo plano de operaciones de man-
tenimiento en paralelo. Estas operaciones incluyen:
• Migración de la información fría a las gradas inferiores (HOTcache)
• Recogida de la información eliminada
• Consistencia de la información en sumas de control rutinarias
• Réplica de la información en caso de fallo de nodo o disco
• Equilibrado automático de la información al añadir o suprimir nodos
• Migración de la información para mejorar el acceso local al desplazar una máquina de un nodo a otro
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Prestaciones
Optimización de la capacidadNutanix QuickClone
Abastecimiento calculado
Copiado de seguridad convergente
Administración sencillaInstalación sencilla
Nutanix Complete Cluster no solo no requiere el uso de SAN, sino que además
ofrece las mejores prestaciones en cuanto a disponibilidad, rendimiento y
administración de la información. A continuación se detallas algunas de estas
prestaciones.
El sistema abastece el almacenamiento solo con lo que necesitan las máquinas
virtuales. El administrador puede limitar la capacidad de un disco virtual, pero
el almacenamiento físico solo se asigna cuando es necesario. También se puede
establecer un parámetro mínimo de reserva que garantice el espacio de alma-
cenamiento especi�cado para una colección de discos virtuales.
Nutanix Complete Cluster es una solución precon�gurada que contiene todo el
hardware y el software que se necesita para administrar grandes cantidades de
servidores y escritorios virtuales. El administrador solo tiene que enchufar el
cluster y ponerse a crear máquinas virtuales en pocos minutos.
La función Converged Backup facilita la copia y recuperación de discos virtuales
al instante. Dentro del dispositivo se pueden guardar meses de copias de
seguridad sin tener que recurrir a soluciones externas, por lo que la recupera-
ción de un disco virtual a cualquier estado anterior se puede realizar sin
demoras. El dispositivo también admite copias externas a través de herramien-
tas de otros fabricantes.
Nutanix facilita el administrador el despliegue rápido de nuevas máquinas
virtuales gracias a la función QuickClone. Un QuickClone es una captura
editable que funciona al igual que un disco virtual estándar: se puede adjuntar
a una máquina virtual, se puede escribir en él e incluso alargar la captura.
Resulta muy útil a la hora de desplegar nuevos escritorios virtuales, crear
copias de prueba de bases de datos y en cualquier otro escenario en el que se
necesite disponer de un clon sin tener que duplicar la información. El sistema
también admite capturas de solo lectura para operaciones de backup.
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Nueva generación de interfaz de usuario
Almacenamiento convergente y escalable de Nutanix (SOCS)
De conformidad con los estándares de IT
Rendimiento y EscalabilidadUnidades de estado sólido
Nutanix Command Center es la interfaz de usuario basada en Flex más intuitiva
y que facilita al administrador la visibilidad total a lo largo de todos los recur-
sos de computación y almacenamiento del cluster. También facilita la solución
de los respectivos problemas de cada máquina virtual, pues cada una de ellas
queda asociada a un recurso físico en el sistema. Nutanix Complete Cluster
incluye además una interfaz para administración.
Al tiempo que Nutanix Complete Cluster facilita la arquitectura convergente,
no deja de admitir también las herramientas e interfaces que ya utilizan los
departamentos de IT. Así, cada nodo funciona con un hipervisor estándar
(VMware ESXi) para que se puedan seguir empleando todos los procesos y las
herramientas de IT asociadas al mismo. Lo mismo ocurre con los discos virtua-
les: se trata de dispositivos estándar iSCSI conectados a las máquinas virtuales a
través de un iniciador iSCSI alojado en el hipervisor. Nutanix Complete Cluster
aprovecha estas interfaces estándar para adaptarse a cualquier tipo de ecosis-
tema de IT.
El diseño de Nutanix Complete Cluster se realizó pensando en las SSD. Las
unidades sólidas alojadas en el servidor ofrecen un rendimiento mayor que el
de las unidades SAN, pues evitan los embotellamientos. Los sistemas tradicio-
nales siempre estaban limitados por la cantidad de información que eran
capaces de alojar en la caché del controlador. En Nutanix Complete Cluster, las
SSD se emplean no solo para la información de las máquinas virtuales, sino
también para almacenar metainformación SOCS de acceso rápido. Al alojar la
metainformación en las SSD, el sistema SOCS conserva espacio para ofrecer
funciones avanzadas de administración. Al tratarse de una arquitectura escala-
ble, la capacidad de cada SSD va aumentando a medida que se van añadiendo
nodos al cluster.
Gracias a Nutanix SOCS ya no hace falta complicarse con la administración de
infraestructuras de almacenamiento en red, lo que facilita la administración de
entornos virtuales de cualquier escala.
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Sistema de distribución según el uso (HOT)
Escalabilidad
Alta DisponibilidadNutanix Cluster RAID
Servicio distribuido de metainformación (Medusa)
Nutanix Instant vDisk Motion
En un cluster Nutanix, la capacidad de cada disco virtual se puede separar
entre SSD y HDD. Con el �n de que en las SSD solamente permanezca la
información de mayor valor, el sistema SOCS aprovecha la función HOT para
derivar a las unidades SATA la información menos utilizada.
La posibilidad de migrar una máquina virtual en vivo de un host a otro es una
de las prestaciones principales que ofrecen los hipervisores estándar. Hasta
hoy, solamente los sistemas de red ofrecían esta posibilidad a las empresas.
Nutanix Complete Cluster es un sistema escalable de alta disponibilidad sin
puntos débiles. Gracias a la función RAID, la información se registra sobre los
discos de un nodo para mejorar el rendimiento y luego se replica a lo largo del
cluster para elevar la disponibilidad. Con esto se garantiza la alta disponibili-
dad de las máquinas virtuales aun en caso de fallo del disco o de todo el nodo.
El servicio distribuido de metainformación que ha desarrollado Nutanix,
Medusa, distribuye la metainformación del cluster a lo largo del mismo y la
replica en varios nodos como medida de prevención. La disponibilidad del
servicio es muy alta, y soporta fallos de varios nodos al mismo tiempo. Por el
contrario, las soluciones tradicionales, que tan solo cuentan con unos pocos
controladores, no soportan fallos múltiples.
El Nutanix Complete Cluster está diseñado para el despliegue paulatino de una
gran cantidad de nodos. La escalabilidad ha sido el factor principal a tener en
cuenta durante el desarrollo de un sistema apto para los datacenters virtualiza-
dos que existen hoy día. Así, el sistema carece de memoria maestra de metain-
formación centralizada, sino que es la misma capa de metainformación la que
se distribuye a lo largo del cluster para evitar los embotellamientos típicos de
casi todos los sistemas escalables. Por otra parte, como cada módulo funciona
con un controlador SOCS propio, el número de controladores que se pueden
alojar en el sistema es mucho mayor que el de una solución tradicional de
almacenamiento en red, que solamente tiene unos pocos. Detalles como este
son los que facilitan la ampliación progresiva del sistema.
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Backup y Recuperación
Recuperación en caso de catástrofe
De hecho, muchas se vieron forzadas a adoptar el sistema de almacenamiento
en red simplemente para bene�ciarse de la alta disponibilidad y la migración
en vivo. En el Nutanix Complete Cluster, la migración en vivo se puede realizar
hasta con una arquitectura convergente que emplee almacenamiento local.
Cada uno de los discos virtuales del dispositivo funciona como una entidad
lógica con movilidad total, gracias a la función Nutanix Instant vDisk Motion
capaz de desplazar los discos de un nodo a otro cuando es necesario.
La posibilidad de realizar copias de seguridad y recuperaciones de disco exter-
nas es un elemento clave dentro de la estrategia de seguridad de una empresa.
Nutanix Complete Cluster es totalmente compatible con la función VMware
vStorage API for Data Protection (VADP) y ofrece una funcionalidad total para
copias y recuperaciones de máquinas virtuales mediante la integración con
productos compatibles con VADP.
La función Disaster Recovery es fundamental para las necesidades de continui-
dad de una empresa. Nutanix Complete Cluster ofrece funciones de prevención
y recuperación de fallos mediante la integración con productos compatibles
con VADP.
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Nutanix Complete Cluster es un innovador sistema que garantiza los requisitos
informáticos de aquellas empresas que no desean depender de un sistema de
almacenamiento en red. Se ha desarrollado basándose en la arquitectura
escalable de nueva generación que ya emplean algunas de las principales
compañías que ofrecen servicios en la nube. Con Nutanix Complete Cluster,
cualquier empresa puede construir su propia infraestructura de computación y
almacenamiento de alta disponibilidad. Una infraestructura que a la vez sea
rápida, rica en prestaciones de administración, y que se pueda ir ampliando
según las necesidades de la empresa.
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Conclusión
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