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Conceptos básicos: FlexClone

Este artículo es la tercera entrega de conceptos básicos, una serie de artículos que tratan los aspectos fundamentales de algunas de las extendidas tecnologías de NetApp.

Cuando se trabaja con tecnologías de la información, se producen incontables situaciones en las que se desea crear una copia de un conjunto de datos. Ejemplos frecuentes de estas situaciones son la realización de tareas de desarrollo y pruebas y durante el aprovisionamiento de nuevos equipos virtuales. Por desgracia, las copias tradicionales tienen muchas implicaciones. Consumen gran cantidad de almacenamiento, recursos de servidor y red, además del valioso tiempo del administrador, para quien suponen una importante carga de trabajo. Como resultado, seguramente trabajará con menos copias de las que necesita y en un estado menos actualizado del que le gustaría.

La tecnología FlexClone® de NetApp se diseñó precisamente para solucionar este problema. FlexClone se introdujo en Data ONTAP® 7G para permitirle realizar copias de volúmenes flexibles (volúmenes FlexVol®) y LUN con rapidez y una gestión eficiente del espacio. Un artículo anterior de Tech OnTap® describe cómo un equipo de TI usó la funcionalidad de clonado rápido de NetApp integrada en la tecnología FlexClone (ahora incorporada como parte de Virtual Storage Console de NetApp, o VSC) para poner en marcha un entorno de 9.000 puestos de trabajo virtuales con reajuste del aprovisionamiento rápido y flexible y utilizando solo una fracción de la cantidad de almacenamiento del que sería necesario de otro modo. NetApp usa el mismo método para el aprovisionamiento de servidores en sus propios centros de datos.

La tecnología FlexClone frente al método tradicional para realizar copias de datos.

Figura 1) La tecnología FlexClone frente al método tradicional para realizar copias de datos.

El uso de la tecnología FlexClone en lugar de copias tradicionales ofrece importantes ventajas:

  • Rapidez. Las copias tradicionales pueden tardar varios minutos u horas en finalizar. Con la tecnología FlexClone es posible clonar hasta los volúmenes más grandes en cuestión de segundos.
  • Gestión eficiente del espacio. Un clon usa una pequeña cantidad de espacio para los metadatos, por lo que solo consume espacio adicional cuando se agregan o modifican datos.
  • Reducción de costes. La tecnología FlexClone puede reducir en un 50% como mínimo el almacenamiento necesario para desarrollo y pruebas o entornos virtuales.
  • Mejora de la calidad de los procesos de desarrollo y pruebas. Haga tantas copias como necesite de sus conjuntos de datos de producción completos. Si una prueba daña los datos, puede empezar de nuevo en cuestión de segundos. Los desarrolladores e ingenieros de pruebas malgastan menos tiempo esperando a acceder a conjuntos de datos e invierten más tiempo en realizar tareas productivas.
  • Permite obtener más de su entorno de recuperación ante desastres. FlexClone permite clonar y realizar pruebas completas de sus procesos de recuperación ante desastres o usar su entorno de recuperación ante desastres para desarrollo y pruebas sin interferir con el proceso de replicación. Solo tiene que clonar sus copias de recuperación ante desastres y realizar las tareas de desarrollo/pruebas en las copias clonadas.
  • Aceleración del aprovisionamiento de equipos y puestos de trabajo virtuales. Ponga en marcha decenas o cientos de nuevos equipos virtuales en minutos con un pequeño aumento del almacenamiento.

Seguramente la mayor parte de los lectores de Tech OnTap saben cómo se utiliza FlexClone para el clonado de volúmenes. Lo que no todos saben es que NetApp ha realizado algunos cambios y, a partir de Data ONTAP 7.3.1, FlexClone puede clonar archivos concretos y ha mejorado la funcionalidad de clonado de LUN.

Este capítulo de conceptos básicos explora cómo se implanta la tecnología FlexClone de NetApp, los casos de uso más comunes y mejores prácticas para poner en marcha FlexClone, entre otros aspectos.

Cómo se implanta FlexClone en Data ONTAP

Clonado de volúmenes

Los volúmenes FlexClone tienen todas las funcionalidades de cualquier otro volumen FlexVol, incluida la capacidad de aumentar y reducir su tamaño y de ser el origen de una copia Snapshot® o incluso otro volumen FlexClone. La tecnología que hace que todo esto sea posible es esencial en la gestión del almacenamiento de Data ONTAP. Los sistemas de almacenamiento de NetApp usan el sistema de archivos Write Anywhere File Layout (WAFL®) para gestionar el almacenamiento en disco. Cuando se escriben datos nuevos en el volumen, no es necesario ir a un punto específico del disco, sino que puede hacerse en cualquier parte. El sistema de archivos WAFL solo actualiza los metadatos para integrarlos con los nuevos datos escritos.

Las copias Snapshot sencillamente hacen una copia de los metadatos asociados a un volumen. Cuando cambian los datos en el volumen FlexVol principal, los bloques originales permanecen asociados a la copia snapshot en lugar de ser marcados para su reutilización. Todas las actualizaciones que se produzcan, son solo cambios en los punteros.

Puede pensar en un volumen FlexClone como una capa editable transparente, situada delante de una copia snapshot. Dado que los volúmenes FlexClone son editables, necesitan espacio físico para almacenar los datos que se escriben en el clon. Una copia snapshot sencillamente crea enlaces a los datos existentes que se sobrescribieron en el volumen principal; un volumen FlexClone almacena en el disco los datos que se escriben en el volumen (mediante WAFL) y, a continuación, crea un enlace a los datos nuevos. El espacio en disco asociado a la copia snapshot y el volumen FlexClone se considera con independencia de los datos del volumen FlexVol principal.

Clonado de volúmenes.

Figura 2) Clonado de volúmenes.

Cuando se crea un volumen FlexClone es necesario indicar cuál es el volumen FlexVol principal y proveer una copia snapshot de este, que se usará como base. La copia snapshot puede ser una copia ya existente o una creada automáticamente. El volumen FlexClone toma una copia de los metadatos del snapshot y actualiza sus metadatos cuando se crea el volumen clonado. La creación del volumen FlexClone apenas requiere tiempo, pues los metadatos que se copian tienen un tamaño muy pequeño en comparación con los reales.

El volumen FlexVol principal puede cambiar independientemente del volumen FlexClone, porque se conserva la copia Snapshot para poder seguir los cambios y evitar que se liberen los bloques de datos del volumen principal mientras exista la copia snapshot. Esta es solo de lectura y se puede reutilizar como base para varios volúmenes FlexClone. El espacio se usa de manera muy eficiente, pues el único espacio nuevo en disco usado está asociado a las pequeñas cantidades de metadatos o actualizaciones y/o adiciones al volumen FlexVol principal o el FlexClone.

Este método para el clonado de volúmenes se puede usar también para clonar volúmenes que contengan LUN. Normalmente, necesitará asegurarse de que la/las LUN de destino del volumen tienen un estado coherente antes de realizar el clonado. Todo esto, entre otros muchos aspectos, se describe detalladamente en NetApp TR-3347: Introducción completa a los volúmenes FlexClone. Sin embargo, en lo que respecta al clonado de LUN, el método que se describe a continuación ha superado ampliamente al método de clonado de volúmenes.

Clonado de archivos y LUN

Desde Data ONTAP 7.3.1 puede crear clones de un archivo de un volumen FlexVol en un entorno NAS o clonar una LUN en un entorno SAN sin necesidad de realizar una copia snapshot.

De modo similar al clonado de volúmenes, el de archivos y LUN gestiona el espacio de manera muy eficiente, pues las copias clonadas comparten el mismo espacio físico que el origen y los metadatos iniciales apenas ocupan espacio. Los archivos clonados o LUN solamente ocupan espacio adicional cuando se sobrescriben los datos o se agregan al origen o el clon. Los procesos de clonado son rápidos y eficientes en cuanto a consumo de tiempo, pues no es necesario copiar datos físicos.

Clonado de archivos o LUN. Requiere Data ONTAP 7.3.1 o posterior.

Figura 3) Clonado de archivos o LUN. (Requiere Data ONTAP 7.3.1 o posterior).

El proceso de clonado de un archivo o una LUN existentes no afecta al acceso de los clientes, ni durante el proceso de creación del clon, ni después. Los clientes pueden escribir en la LUN o el archivo de origen mientras se realiza el proceso de clonado. Una vez finalizado, un cliente puede acceder a las LUN o archivos clonados y manejarlos como cualquier otro. Las LUN y los archivos de origen y las LUN y los archivos clonados se pueden eliminar sin consecuencias negativas.

Estas nuevas capacidades, combinadas con la funcionalidad de clonado de volúmenes descrita anteriormente, proporcionan una solución que gestiona el espacio y el tiempo de manera eficiente para resolver muchos problemas de los centros de datos en los que es necesario crear varias copias del mismo conjunto de datos. Se puede combinar la funcionalidad FlexClone para volúmenes, archivos y LUN para crear una solución potente, con gestión eficiente del tiempo y el espacio, para almacenar conjuntos de datos repetidos, pues todos los archivos o LUN repetidos comparten el mismo almacenamiento físico subyacente.

Además, la tecnología FlexClone se puede utilizar también para clonar archivos concretos dentro de una LUN en un entorno SAN. Data ONTAP proporciona una API para esta funcionalidad, sin embargo, se precisa soporte para host para integrar el archivo clonado en el sistema de archivos host y hacer que el cliente pueda usar ese archivo. Puede obtener más información acerca de este proceso y todos los aspectos del clonado de archivos y LUN en TR-3742: Uso de FlexClone para clonar archivos y LUN.

Modo de uso

Puede utilizar la tecnología FlexClone en casi cualquier situación en la que necesite una copia de un archivo, una LUN o un volumen. Algunas personas incluso utilizan la tecnología FlexClone en sus entornos de producción con un resultado satisfactorio, empleando FlexShare® para gestionar la latencia de los clones. Si trabaja con grandes bases de datos, FlexClone puede resultar especialmente útil al realizar operaciones del almacén de datos, así como tareas de desarrollo y pruebas.

En esta sección hablaré sobre los dos casos de uso más frecuentes:

  • Desarrollo y pruebas: clonado de volúmenes
  • Aprovisionamiento para entornos virtuales: clonado de archivos o LUN

Desarrollo/pruebas

Como la creación de clones no tiene ningún impacto, puede actualizar los datos de producción clonados que use para su trabajo de desarrollo con más frecuencia, de modo que siempre puede realizar las pruebas en los datos actuales en lugar de emplear datos desfasados. La mayoría de los departamentos se actualizan cada 90 días.

Además, para que los desarrolladores y probadores no tengan que compartir una o dos copias de una base de datos de prueba, puede crear una copia maestra y clonarla varias veces, de modo que cada uno tenga su propio clon con el que trabajar. Incluso pueden realizar pruebas destructivas que no afecten más que al clon. Cuando finalicen las pruebas, basta con eliminar el clon y crear una nueva imagen limpia en cuestión de minutos. Este método se describe en un artículo reciente de Tech OnTap que trata sobre el desarrollo para Oracle11g™ y describe también cómo se integra el enmascaramiento de datos (para eliminar datos de usuario confidenciales) en el proceso de desarrollo.

Es posible que tenga un entorno de recuperación ante desastres que permanezca más o menos inactivo la mayor parte del tiempo. Con la tecnología FlexClone, puede clonar los volúmenes de recuperación ante desastres que correspondan a su entorno de producción y poner en funcionamiento esa infraestructura. La replicación para clonar los volúmenes de origen continúa sin interferencias, mientras su equipo de desarrollo y pruebas trabaja en los clones de los datos de producción.

El resultado final son importantes mejoras en las funcionalidades de desarrollo y pruebas que pueden dar lugar a una mayor calidad de las aplicaciones, una distribución más rápida de las mismas y una reducción de los costes. Por ejemplo, los trabajos de desarrollo y pruebas de una base de datos de producción de 100 GB normalmente comienzan con la realización de una copia duplicada completa y, a continuación, se realizan varias copias para los desarrolladores y probadores. Si asumimos, desde un punto de vista conservador, que se precisan tres copias de cada tipo, el almacenamiento total necesario (incluida la base de datos de producción) es de 800 GB. Al conservar la copia duplicada completa (para evitar cualquier impacto en el almacenamiento de producción) y usar FlexClone para las copias de desarrollo y pruebas, se reduce el almacenamiento total necesario a 260 GB, es decir, un 67% menos en los requisitos de almacenamiento. (En este cálculo se asume que la tasa de cambio media en los volúmenes de desarrollo y pruebas es aprox. del 10%). Además, la rapidez de los procesos de creación y limpieza de clones permite que los usuarios pierdan menos tiempo esperando copias y pasen más tiempo trabajando.

Aprovisionamiento de entornos virtuales

La tecnología FlexClone también puede ser beneficiosa para el aprovisionamiento en entornos de servidores y puestos de trabajo virtuales. El aprovisionamiento tradicional requiere una copia completa y, para un equipo virtual de tamaño medio, todo el proceso tarda entre 20 y 30 minutos. El aprovisionamiento con FlexClone reduce ese tiempo a aproximadamente 3 minutos, de principio a fin.

Para entornos VMware®, el clonado de archivos se puede usar para crear clones de archivos VMDK almacenados en almacenes de datos VMware a los que se accede mediante NFS. El clonado de LUN se puede usar cuando los archivos VMDK se almacenan en un almacén de datos VMFS en una LUN a la que se accede mediante FCP o iSCSI. A esta funcionalidad se puede acceder desde VMware vCenter™, mediante la utilidad de clonado rápido integrada en Virtual Storage Console de NetApp. VSC no solo ofrece clonado, sino que también proporciona configuración y registro con vCenter. Además, VSC también admite la nueva puesta en marcha de equipos virtuales para actualizarlos con las últimas revisiones y otros cambios. Encontrará más información sobre el aprovisionamiento y otras tareas de gestión en entornos VMware con el almacenamiento de NetApp en un artículo reciente de Tech OnTap.

Para integrar el clonado en entornos Microsoft® Hyper-V™, NetApp ofrece ApplianceWatch PRO para Microsoft System Center. La integración de clonado con XenServer se ofrece mediante el adaptador de Citrix StorageLink para Data ONTAP de NetApp, un producto desarrollado conjuntamente.

Uso de la tecnología FlexClone

Unas cuantas mejoras prácticas pueden ayudarle a obtener el máximo rendimiento de la tecnología FlexClone. Para obtener los detalles completos, consulte NetApp TR-3347: Una introducción completa a los volúmenes FlexClone y TR-3742: Uso de FlexClone para clonar archivos y LUN. Aquí se resumen algunas de las mejores prácticas.

Para clonado de volúmenes:

  • El número máximo de clones de un volumen es de 255.
  • Sepa cómo funcionan las reservas de espacio y supervise el espacio disponible cuando trabaja con volúmenes FlexClone. Las alertas se pueden ajustar en muchas herramientas para emitir notificaciones cuando se está agotando el espacio.
  • Al clonar un volumen, el volumen FlexClone contiene datos con la misma propiedad y permisos que el volumen de origen. Los usuarios y aplicaciones que pueden acceder al volumen FlexClone también podrán acceder al volumen principal. Es mejor utilizar cuentas de usuario separadas para desarrollo y pruebas y producción. Es decir, debe permitir el acceso al volumen FlexClone, pero no al principal. Un método consiste en montar o asignar cada volumen FlexClone a un host de administración, cambiar los permisos y/o la propiedad de los archivos para que coincidan con los usuarios de desarrollo y pruebas autorizados y, a continuación, volver a montar los volúmenes FlexClone en los servidores correspondientes.
  • No realice clones de volúmenes protegidos con SnapLock® de NetApp.
  • Si utiliza copias snapshot creadas manualmente, es recomendable usar un nombre que señale claramente que la copia snapshot es la copia de un clon. Como no se puede cambiar el nombre de las copias snapshot, debe comprobar si hay alguna anterior que se esté utilizando para realizar copias de clones de volúmenes.
  • Data ONTAP bloqueará cualquier copia snapshot usada para realizar copias de clones de volúmenes hasta que se separe o destruya el clon. Cualquier bloque de discos asociado con el volumen de la copia snapshot permanecerá bloqueado y no se liberará hasta que se elimine la copia.
  • No elimine las copias snapshot iniciales. La presencia de estas ayuda a limitar la cantidad de datos que se pueden modificar en un volumen FlexClone y agiliza algunas operaciones de cliente en los datos del volumen FlexClone.
  • Data ONTAP no elimina automáticamente las copias snapshot en el volumen principal cuando se separa o destruye un volumen FlexClone, porque no es fácil saber si se volverá a necesitar más tarde. Deberá encargarse usted de la revisión de las copias snapshot existentes después de la eliminación de los volúmenes FlexClone, para elegir cuáles desea eliminar.

Para el clonado de archivos y LUN:

  • Un bloque en WAFL puede tener un máximo de 255 punteros. Es decir, puede clonar un archivo o una LUN 255 veces como máximo dentro de un único volumen FlexVol. Si crea un número superior de clones, estará creando en realidad copias físicas.
  • Al crear un archivo FlexClone, no se define una reserva de espacio de forma automática. No importa cuál sea la reserva de espacio en el archivo de origen, el archivo clon no tiene ninguna. Para activar la reserva de espacio de un archivo, use el comando file reservation.
  • Las LUN FlexClone heredan la configuración de garantía de espacio del origen. Si no hay espacio suficiente en un volumen para crear un clon con la misma garantía de espacio que el origen, no se podrá realizar el proceso de clonado. Tenga en cuenta que la LUN de origen y la clonada compartirán bloques en el disco aunque esté activada la garantía de espacio.
  • La ocupación de las cuotas de uso para los clones se calcula a nivel lógico. Así, la cantidad de espacio adicional utilizado que se aplica a la cuota para crear un clon es igual al tamaño lógico total del clon. Por ejemplo, si crea un clon de un archivo de 10 GB, el espacio total usado que se aplica a la cuota del archivo de origen y el archivo clonado es de 20 GB (10 GB para el origen y 10 GB para el clon).
  • El efecto que tiene superar el límite de cuota debido a la creación de una instancia de un archivo FlexClone es diferente para las cuotas qtree y las de usuarios o grupos. Si el espacio total lógico usado que se ocupa tras la creación de un clon es superior a la cuota de árbol permitida para el qtree, no se podrá realizar la operación de clonado.
  • Si el espacio total lógico usado que se ocupa tras la creación de un clon es superior a la cuota permitida para ese usuario o grupo, la operación de clonado se podrá finalizar si el volumen FlexVol tiene suficiente espacio para admitir los metadatos o datos para el clon. Sin embargo, una vez realizada correctamente la operación de clonado, se agregará espacio adicional a la cuota de ese usuario o grupo.
  • Si el archivo que funciona como origen de una operación de FlexClone tiene listas de control de acceso o flujos, las listas de control de acceso y flujos no se clonarán y, por lo tanto, no se encontrarán en el archivo clonado. Si desea conservar en el archivo clonado los mismos permisos basados en listas de control de acceso que en el archivo de origen, o agregar flujos al archivo clonado, deberá hacerlo por separado en el archivo clonado después de finalizar el proceso de clonado.
  • El comando DU –k es extremadamente útil para identificar bloques únicos en un archivo o LUN clonados.

Combinar el clonado de volúmenes y de archivos/LUN:

  • Puede combinar los métodos de clonado de volúmenes y de archivos/LUN para realizar operaciones de clonado en situaciones en las que necesita crear un gran número de clones de un único archivo o LUN. Para ello, haga el máximo número de clones del archivo o LUN (255) en el volumen original y, a continuación, clone el volumen tantas veces como sea necesario hasta obtener el número que desee.
  • Para obtener un número elevado de copias de un archivo o LUN en el mismo volumen, realice 255 clones. El clon número 256 será una copia completa. A continuación, puede clonar esta copia 255 veces una y otra vez, hasta conseguir el número que desee.
  • Consulte TR-3742: Uso de FlexClone para clonar archivos y LUN para obtener todos los detalles de estos procedimientos.

FlexClone con otras tecnologías de NetApp

Si hablamos de integración con otros productos de NetApp, la tecnología FlexClone de NetApp comparte muchas similitudes con la deduplicación de NetApp. Esto se debe a que las dos tecnologías reducen el uso del almacenamiento al permitir que un único bloque de almacenamiento tenga varios punteros. A continuación veremos cómo funciona FlexClone en combinación con la deduplicación y otras tecnologías de NetApp:

  • Deduplicación. Un volumen FlexClone de un volumen deduplicado hereda el ahorro de la deduplicación. También puede crear un volumen FlexClone de un volumen no deduplicado y deduplicar el clon para beneficiarse del ahorro sin necesidad de tocar la copia principal. En entornos virtuales, puede usar la tecnología FlexClone para crear equipos virtuales con gestión muy eficiente del espacio y combinarla con la deduplicación para mantener el máximo ahorro de espacio a lo largo del tiempo.
  • Flash Cache. Flash Cache proporciona un almacenamiento en caché inteligente que acelera las operaciones de I/O. La tecnología FlexClone de NetApp aumenta la probabilidad de aciertos en caché. Cuando un bloque compartido por muchos archivos o volúmenes se encuentra en Flash Cache, la probabilidad de que vuelva a solicitarse es mucho más alta. Este efecto se llama ampliación de caché y es especialmente útil para la virtualización de servidor y escritorios.

SnapMirror. Al utilizar SnapMirror® para volúmenes con la tecnología FlexClone para archivos o LUN se mantiene el ahorro de espacio porque, sin importar el número de copias que tenga, el clon solo se replica una vez. Con SnapMirror para qtrees y SnapVault®, en cambio, se pierde el ahorro de espacio y, al final, tendrá copias completas de los archivos clonados. También existe la opción de utilizar la deduplicación para recuperar espacio en el destino.

En algunos casos, los clones de volúmenes con gestión eficiente del espacio pueden contener datos muy importantes que garantizan la replicación. En las versiones anteriores a Data ONTAP 8.0.1 (7-Mode), cuando se replica un volumen FlexClone con SnapMirror para volúmenes, se pierde el ahorro de espacio. El volumen FlexClone del destino requiere la misma capacidad que el volumen principal. A partir de Data ONTAP 8.0.1, en 7-Mode, los volúmenes FlexClone se pueden replicar con SnapMirror para volúmenes sin necesidad de disponer de capacidad adicional en el sistema de destino, siempre que se replique también el volumen principal del volumen FlexClone. Para obtener más información, consulte TR-3446: Mejores prácticas de SnapMirror.

Conclusión

La tecnología FlexClone de NetApp es una importante herramienta de eficiencia del almacenamiento que puede utilizarse de forma independiente o en combinación con otras soluciones de NetApp como Flash Cache o la deduplicación, entre otras. Si quiere más información sobre FlexClone de NetApp, consulte NetApp TR-3347: Una introducción completa a los volúmenes FlexClone y
TR-3742: Uso de FlexClone para clonar archivos y LUN.

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Carlos Álvarez
Director Ejecutivo Ingeniero de Marketing Técnico
NetApp


Carlos trabaja con NetApp desde 2008, su especialidad es la eficiencia del almacenamiento y tiene una amplia experiencia en deduplicación, compresión de datos y thin provisioning. Proporciona regularmente directrices para integrar las tecnologías de eficiencia del almacenamiento más adecuadas y efectivas de NetApp® en las configuraciones de los clientes. Con más de 20 años de experiencia en el sector, se le ha pedido que realice diversas guías de implantación, documentos técnicos, arquitecturas de referencia, mejores prácticas y guías de soluciones.


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