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FAS All-Flash: En profundidad
Saurabh Modh
Gestor de Productos
Chetan Khetani
Gestor Jefe de Productos

La variedad de cabinas de almacenamiento all-flash que hay el mercado (y el bombo que rodea a algunas ofertas) ha alcanzado proporciones extraordinarias. En realidad, solo hay cuatro factores para medir las cabinas all-flash: rendimiento, eficiencia del almacenamiento, disponibilidad y gestión de datos.

Si todavía no ha oído hablar mucho de nuestros sistemas de almacenamiento FAS All-Flash, debe saber que son líderes en rendimiento y eficiencia del almacenamiento. Si suma la disponibilidad contrastada del hardware FAS al ecosistema de funcionalidades de gestión de datos que admite nuestro entorno operativo Data ONTAP®, verá que es una combinación difícil de superar.

En este artículo desvelamos todos los «secretos» de los sistemas FAS All-Flash. Especialmente, hablaremos sobre qué es (y no es) la tecnología FAS All-Flash, cómo está Data ONTAP optimizado para flash, cómo ofrecemos eficiencia del almacenamiento global y sobre el rendimiento de la tecnología FAS All-Flash en dos casos de uso de all-flash frecuentes: VDI y bases de datos. También hablaremos un poco de cuándo elegir FAS All-Flash frente a nuestras ofertas All-Flash EF-Series.

Introducción a FAS All-Flash

NetApp lleva años suministrando configuraciones de FAS All-Flash. Sin embargo, con el lanzamiento de FAS8000 a principios de 2014 y el reciente lanzamiento de FAS8080 EX, FAS All-Flash ha podido mostrar todo su potencial. Basadas en las CPU Sandy Bridge y Ivy Bridge más recientes, estas plataformas proporcionan el rendimiento informático bruto, el ancho de banda para I/O y la conectividad de red de alta velocidad que las cabinas all-flash necesitan. (Si no está familiarizado con los modelos FAS8000, haga clic en los hipervínculos de este párrafo para obtener más información).

Un sistema FAS All-Flash es sencillamente lo que su nombre indica, controladoras FAS configuradas con bandejas SSD. Puede tener un sistema FAS con bandejas SSD y HDD, pero, en ese caso, no será FAS All-Flash. Todos los modelos FAS se pueden configurar como sistemas FAS All-Flash, pero la serie FAS8000 es la mejor opción.

Lo mejor de FAS All-Flash es que ofrece todas las funcionalidades que se esperan del hardware FAS y el software Data ONTAP. Si ya dispone de un clúster FAS, puede añadir FAS All-Flash, migrar las cargas de trabajo existentes de forma no disruptiva y comenzar a disfrutar inmediatamente de las ventajas de all-flash. Si ya es cliente de NetApp o está pensando en convertirse en uno de ellos, FAS All-Flash ofrece el rendimiento all-flash con todas las ventajas de Clustered Data ONTAP, con:

  • Almacenamiento unificado. Las configuraciones FAS All-Flash son igual de eficientes con cargas de trabajo SAN como NAS. Casi todas las demás cabinas all-flash son solo SAN. NetApp ha sido recientemente reconocido por IT Brand Pulse como líder en la categoría NAS all-flash de 2014.
  • Escalado horizontal con movilidad de datos. Las configuraciones FAS All-Flash se pueden escalar horizontalmente hasta 24 nodos, varios petabytes de capacidad en SSD y millones de IOPS. En otras cabinas all-flash líderes, la escalabilidad horizontal solo se prevé, en el mejor de los casos, en las hojas de ruta de futuras mejoras. Puede escalar horizontalmente usando solo FAS All-Flash, o bien combinar sistemas all-flash y FAS híbridos y mover conjuntos de datos a all-flash sin provocar ninguna interrupción cuando necesite el máximo rendimiento.
  • Operaciones no disruptivas. Puede realizar todo el mantenimiento y actualizaciones de software y hardware (incluidas las actualizaciones tecnológicas completas) sin interrumpir las aplicaciones en ejecución.
  • Disponibilidad contrastada. FAS All-Flash se basa en la combinación del hardware FAS contrastado (con cientos de miles de unidades instaladas en el sector) y el entorno operativo Data ONTAP, cuya resistencia a fallos ha sido optimizada a través de 20 años de desarrollo continuo. La disponibilidad medida en el sector alcanza normalmente el 99,9999 %.
  • Calidad de servicio. La calidad de servicio incorporada le permite establecer límites de rendimiento en archivos, volúmenes, LUN, o toda una máquina virtual de almacenamiento (SVM) para dar prioridad a sus cargas de trabajo más importantes.
  • Eficiencia del almacenamiento global. Una cartera de tecnologías de eficiencia del almacenamiento completa (que incluye deduplicación, compresión, thin provisioning y clonado entre otras) aumenta la capacidad efectiva para que pueda almacenar más datos con menos almacenamiento. (Obtendrá más información al respecto en una sección posterior).
  • Protección de datos integrada. NetApp ha invertido años en el desarrollo de sus funcionalidades de protección de datos. Todas las tecnologías son fáciles de gestionar, eficaces, eficientes con el espacio y ofrecen importantes ventajas para todos los sistemas FAS All-Flash. Por ejemplo, puede ahorrar dinero replicando los medios flash de elevado coste en HDD más económicos para recuperación ante desastres.
  • Integración de las aplicaciones superior. Su almacenamiento debe funcionar con las aplicaciones y las herramientas de software de las que depende. Data ONTAP es el sistema operativo de almacenamiento de marca número uno y cuenta con la integración de aplicaciones más extensa y profunda y una red de partners.

Data ONTAP está optimizado para flash

Quizás escuche algún comentario sobre que, dado que Data ONTAP existía antes que la tecnología flash, no está diseñado para responder a los requisitos específicos que generan los SSD flash. Sin embargo, la realidad es que el sistema de archivos Write Anywhere File Layout (WAFL) de Data ONTAP, sus funcionalidades de escalado horizontal y su conjunto de funciones son perfectos para los entornos all-flash. FAS All-Flash ofrece baja latencia predecible. No solo la latencia media es baja (1 milisegundo), sino que también se minimiza su variabilidad. Este alto nivel de consistencia es positivo para las aplicaciones.

Proporcionamos herramientas para una supervisión del rendimiento global para ayudarle a obtener el máximo provecho de su inversión. Además, Data ONTAP contiene muchas optimizaciones que hacen que esté especialmente indicado para flash.

Aprovechamiento de todos los núcleos

No hay duda de que las cargas de trabajo all-flash requieren una gran capacidad de procesamiento informático. Como ya hemos visto, la serie FAS8000 ofrece esta capacidad de procesamiento informático bruta. Hemos dedicado grandísimos esfuerzos a Data ONTAP para garantizar que utilizamos por completo todos los núcleos disponibles en procesadores de varios núcleos con programación no restringida de procesos en todos los núcleos. Esto mejora la latencia en el complejo de CPU y nos permite admitir simultáneamente cargas de trabajo front-end y tareas de gestión de datos back-end, como backup y replicación.

Utilización de CPU para un sistema FAS8080 EX all-flash que ejecuta Clustered Data ONTAP 8.2.2. Los núcleos se utilizan de forma equilibrada con una tasa próxima a la carga máxima durante las pruebas de rendimiento de bases de datos.

Figura 1) Utilización de CPU para un sistema FAS8080 EX all-flash que ejecuta Clustered Data ONTAP 8.2.2. Los núcleos se utilizan de forma equilibrada con una tasa próxima a la carga máxima durante las pruebas de rendimiento de bases de datos.

El uso eficiente de los núcleos se traduce en más operaciones de entrada/salida por segundo por núcleo. Esto se debe al hecho que la arquitectura FAS mejora en más de cinco veces la relación IOPS/núcleo de una plataforma de escalado horizontal de la competencia. (Las dos plataformas usaban configuraciones de almacenamiento híbrido para estas pruebas de rendimiento).

Rendimiento de escritura optimizado

Las operaciones de escritura aleatoria afectan a la vida útil de los SSD. Es un hecho conocido que el comportamiento de borrado previo a la escritura de la tecnología flash puede producir efectos no deseables como amplificación de escrituras, lo que a su vez puede reducir el rendimiento y la vida útil de los dispositivos. Data ONTAP contiene una serie de optimizaciones que mejoran el rendimiento de escritura, tanto para SSD como HDD.

  • NVRAM acelera las escrituras. Las escrituras entrantes se procesan en la memoria, que cuenta con protección en NVRAM, y se confirman inmediatamente en el cliente o host, lo que genera un tiempo de respuesta de escritura extremadamente rápido. Las escrituras en SSD no se realizan en la ruta de latencia crucial.
  • Escrituras optimizadas. Todas las escrituras se unen en la memoria antes de separarse en los SSD. Los metadatos de escritura se escriben junto con los datos de usuario para minimizar el número de operaciones necesario para registrar los datos en los SSD. La segmentación de las operaciones de escritura en SSD permite disfrutar de un rendimiento máximo y reduce el desgaste desigual de los SSD.
  • Sin sobrescrituras de bloques. Cuando se recibe una sobrescritura, el bloque se escribe siempre en una ubicación nueva. Los bloques existentes (datos y metadatos) no se escriben nunca de nuevo en la misma ubicación.

Esta combinación de funciones reduce el impacto de las escrituras aleatorias en SSD en FAS All-Flash:

  • Los SSD tienen que mover menos datos al recopilar datos basura.
  • Se reduce el «esfuerzo» para lograr un nivel determinado de rendimiento en escritura.
  • Disminuye la amplificación de las operaciones de escritura y aumenta la vida de los SSD.
  • Mejora el rendimiento de los sistemas.
  • La reducción en el esfuerzo relacionado con las escrituras produce latencias de lectura más constantes para las cargas de trabajo de lectura/escritura mixtas.

Debido a estas optimizaciones, NetApp es capaz de ofrecer una garantía de SSD no asociada a ningún límite de control de desgaste y, como verá más tarde, la tecnología FAS All-Flash tiene un rendimiento muy bueno con las cargas de trabajo de escritura intensiva como VDI.

Funcionalidades de integridad de los datos excepcionales

Otra característica de la tecnología flash es que puede estar expuesta a pérdidas y problemas de bits con el paso del tiempo, a medida que envejecen las células flash. Data ONTAP proporciona protección global para evitar la pérdida de datos y garantizar la integridad:

  • Protección RAID de doble paridad
  • Sumas de comprobación en memoria y en disco a nivel de bloque
  • Detección de pérdida de escritura global y corrección para evitar los datos dañados en silencio
  • Gestión de bloques malos a nivel de SSD
  • Exploración de medios continua para detectar y corregir errores

Eficiencia del almacenamiento global

Si tuviésemos que elegir uno de los aspectos del mercado de all-flash donde la expectación haya alcanzado mayor intensidad, sería la eficiencia del almacenamiento. Dado que la capacidad de almacenamiento flash es cara en comparación con los HDD, cuanta más capacidad pueda «ahorrar» con la eficiencia del almacenamiento, menos dinero gastará en almacenamiento.

A pesar de que pueda sonar a exageración, no sería excesivo decir que NetApp ha sido pionero en muchas de las ideas que hay tras la eficiencia del almacenamiento moderna. Desde el principio hemos desarrollado tecnologías que le permiten almacenar y proteger más datos; esto es sin duda parte de lo que ha hecho de Data ONTAP el entorno operativo de almacenamiento con marca número uno.

A no ser que este sea el primer artículo de Tech OnTap® que lee, probablemente ya esté bien familiarizado con la eficiencia del almacenamiento de NetApp®. A continuación se muestra una lista completa (la mayoría tienen enlaces a artículos anteriores de Tech OnTap donde se describen):

(Consulte también Eficiencia del almacenamiento en Clustered Data ONTAP para obtener la información más reciente sobre estas tecnologías).

El aspecto clave es que todas estas tecnologías están diseñadas para funcionar juntas, por lo que sus efectos se suman. Por ejemplo, si replica un volumen que está deduplicado y comprimido, la réplica tiene el mismo estado.

Dado que aplicamos un estándar superior al de muchas empresas de la competencia, que pueden dar cifras basadas en un puñado de clientes seleccionados, estamos seguros de que FAS All-Flash puede ofrecer una capacidad efectiva de 5:1 de media. Este valor se basa en datos obtenidos a partir de cientos de miles de instalaciones realizadas durante muchos años. Por supuesto, como siempre sucede, el resultado que usted logre dependerá de las características de sus conjuntos de datos y sus cargas de trabajo. En los entornos virtualizados esta relación suele ser mayor (10:1 es un resultado habitual), mientras que en los entornos de bases de datos suele ser menor (2:1).

Casos de uso de FAS All-Flash

Dos casos de uso importantes para FAS All-Flash son la infraestructura de puestos de trabajo virtuales (VDI) y las bases de datos. Estos dos casos también ilustran las funcionalidades de FAS All-Flash, dado que VDI tiene escrituras intensivas, y las cargas de trabajo de las bases de datos suelen tender al rendimiento de lectura.

Interfaz de dispositivo virtual (VDI)

Hemos realizado amplias pruebas de VDI con toda la línea de productos FAS8000, midiendo tanto el rendimiento en estado constante como en picos de actividad con una carga de trabajo con un 80 % de escrituras y un 20 % lecturas. Como puede ver en la figura 3, hay una buena distribución en los cuatro modelos. El gráfico también muestra como referencia un competidor muy conocido, XtremIO. Los datos muestran que el rendimiento de FAS8060 es igual que el de XtremIO y que FAS8080 EX lo supera con un margen del 30 %.

Rendimiento de VDI FAS All-Flash frente a la competencia.

Figura 2) Rendimiento de VDI FAS All-Flash frente a la competencia.

En nuestras pruebas usamos un tamaño de escritura medio de 12 KB y un tamaño de lectura medio de 16 KB frente a los bloques de 8 KB que emplea la competencia. La diferencia del tamaño de bloque es un resultado de nuestra metodología de pruebas. Utilizamos Login Virtual Session Indexer (Login VSI), la herramienta de prueba de cargas estándar del sector para probar el rendimiento y la escalabilidad de infraestructuras de puestos de trabajo virtuales. Puede leer los detalles completos de nuestras pruebas de VDI para FAS8060 en TR-4307: Solución FAS All-Flash de NetApp para VMware Horizon View.

Según estas pruebas, FAS8060 tiene suficiente margen de rendimiento para admitir 4000 puestos de trabajo (con conmutación por error de alta disponibilidad) y tiene un coste de 55 dólares por puesto de trabajo. Este precio es altamente competitivo para VDI.

Según estas pruebas, FAS8060 tiene suficiente margen de rendimiento para admitir 4000 puestos de trabajo.

Aunque las pruebas de rendimiento tienen gran valor, también es importante comprender por qué los clientes reales de VDI eligen FAS All-Flash:

  • Una gran empresa de seguros e inversiones eligió FAS All-Flash para su entorno VDI Citrix tras evaluar a los principales proveedores. Al final eligieron FAS All-Flash por su rendimiento contrastado combinado con las funcionalidades integradas de gestión de datos de Clustered Data ONTAP, que incluyen SnapMirror® para replicación, FlexClone® y la capacidad de realizar pruebas de recuperación ante desastres no disruptivas.
  • Un proveedor de servicios clínicos eligió FAS All-Flash por todas sus aplicaciones, incluido el entorno VDI y su sistema de registros médicos electrónicos (EMR). Para este cliente, el acceso rápido a los datos se traduce directamente en mejor atención al paciente.

Base de datos

Para las bases de datos realizamos pruebas de rendimiento usando una carga de trabajo compuesta al 100 % por lecturas aleatorias. El rendimiento se muestra en la figura 4, e incluye dos empresas de la competencia muy conocidas. Los sistemas FAS8060 igualan el mejor rendimiento de los dos, mientras que FAS8080 EX lo supera en ambos casos. Se prevé que las próximas mejoras en Data ONTAP aportarán nuevos aumentos en el rendimiento de lectura, que pueden ser de hasta el 50 %, en función de la carga de trabajo.

Rendimiento de bases de datos FAS All-Flash en relación con cifras públicas de varias empresas de la competencia.

Figura 3) Rendimiento de bases de datos FAS All-Flash en relación con cifras públicas de varias empresas de la competencia.

La siguiente tabla muestra más detalles. Como puede ver, los sistemas FAS8080 EX obtienen un mejor resultado frente a la competencia en cuanto a dólares/IOPS y dólares/GB. Solo con estas mediciones ya se demuestra un alto nivel de competitividad, sin contar si quiera la disponibilidad contrastada de la plataforma o las amplias funciones de gestión de datos.

Comparación de FAS8060 All-Flash con la competencia con cargas de trabajo de bases de datos.

Tabla 1) Comparación de FAS8060 All-Flash con la competencia con cargas de trabajo de bases de datos.

Por supuesto, los clientes de bases de datos tienen sus propias razones para elegir FAS All-Flash:

  • Una importante cadena hotelera eligió FAS All-Flash en su sistema de reservas para responder a los requisitos de rendimiento de su nuevo sistema de reservas en línea. Seleccionaron FAS All-Flash por sus ventajas en backup y gestión de datos.
  • Un cliente gubernamental necesitaba agilizar su SQL Server. Cada día procesan 6 TB de datos en un almacén de datos, por lo que, para ellos, el rendimiento es tan importante como la tasa de IOPS. Las pruebas en FAS All-Flash mostraron que podía ofrecer 4,4 GB/s con dos nodos, casi tres veces el rendimiento medido por una de las empresas de la competencia más importantes. También necesitaban una copia de recuperación ante desastres y varias copias de desarrollo, lo que puede proporcionarse fácilmente usando SnapMirror y FlexClone con un mínimo de sobrecarga del almacenamiento (y la red).
  • Un banco internacional eligió FAS All-Flash para admitir tanto aplicaciones VMware® como de SQL Server de alto rendimiento. Como cliente consolidado de NetApp, tenían fácil la elección, porque ya conocían el valor de SnapVault® y SnapMirror. En general, el banco experimentó una mejora ocho veces superior en la capacidad de respuesta de las aplicaciones como resultado del cambio.

Tomar la decisión correcta sobre all-flash

En este punto, debe tener bastante claro que la gama FAS All-Flash puede realizar perfectamente todas las funciones de una cabina all-flash, además de ofrecer una combinación de gran rendimiento, eficiencia del almacenamiento global, eficiencia contrastada y amplia gestión de datos. Cuando se combina en un clúster con otras configuraciones FAS, le permite migrar fácilmente cargas de trabajo a y desde sistemas all-flash a medida que cambian sus necesidades, o bien ofrecer copias de datos secundarias en almacenamiento HDD de menor coste.

Sin embargo, FAS All-Flash no es la única bala en la recámara. NetApp también ofrece las cabinas all-flash EF-Series. Ya hemos descrito anteriormente las cabinas EF540 y EF550.

EF-Series es una excelente opción para las cargas de trabajo con una tasa de I/O intensiva en las que la aplicación se encarga de la gestión de datos. Por ejemplo, en muchos entornos Oracle, es el propio Oracle quien gestiona las funciones de backup y recuperación ante desastres y la cabina all-flash solo necesita un gran rendimiento y fiabilidad a buen precio. Las cabinas EF550 admiten más de 400 000 IOPS con latencias inferiores a milisegundos y un rendimiento de hasta 12 GB/s.

La tecnología FAS All-Flash tiene un rendimiento extremadamente bueno en entornos VDI y de bases de datos y es una estupenda opción en situaciones en las que puede beneficiarse de la eficiencia del almacenamiento, NAS y las funcionalidades de gestión de datos de Data ONTAP. Los clientes actuales de FAS verán que se gestiona y opera del mismo modo que cualquier otro sistema FAS, por lo que la adopción no entraña dificultad.

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Saurabh Modh, Gestor de Productos y Chetan Khetani, Gestor Jefe de Productos

Saurabh es el gestor de productos en NetApp FAS Systems Group responsable de los sistemas de almacenamiento FAS All-Flash, FAS3200 y FAS6200. Antes de unirse a NetApp, trabajó como líder de proyectos en Oracle realizando desarrollo de software para Oracle Enterprise Manager. Saurabh tiene un MBA por la Foster School of Business de la universidad de Washington.

Chetan es responsable de todos los aspectos relacionados con flash en Data ONTAP. Este conjunto incluye tanto soluciones FAS All-Flash como híbridas, que se han multiplicado por diez en los últimos años. Contribuye frecuentemente en Executive Briefing Center de NetApp, donde fue elegido recientemente orador del trimestre en reconocimiento a sus esfuerzos. Antes de incorporarse a NetApp, Chetan pasó 11 años en Cisco, donde trabajó en tecnologías de virtualización de redes, inspección profunda de paquetes e infraestructuras basadas en contexto. Tiene un MBA y un MS en gestión de sistemas de información.

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