Vuelta a lo básico: Thin provisioning de NetApp

Este mes, Tech OnTap está encantado de presentar una nueva funcionalidad: Vuelta a lo básico. En este artículo y en futuras comunicaciones, comentaremos las bases de tecnologías populares de NetApp tales como la deduplicación, Snapshot®, FlexClone®, FlexCache® y la memoria caché Flash, para ayudarle a comprender y familiarizarse con el uso de estas tecnologías.

Hay varias situaciones en las que se puede acabar designando una gran cantidad almacenamiento que después no se utiliza durante mucho tiempo. Por ejemplo, una universidad calculó que necesitaba 27,5 TB de almacenamiento para sus estudiantes y facultades, pero la mayoría de ellos solo utilizaban una pequeña parte, o nada, de ese almacenamiento.

Al utilizar thin provisioning en su almacenamiento de NetApp, esta universidad ha sido capaz de ofrecer soporte a estas asignaciones con solo 3,5 TB de almacenamiento físico funcionando al 80% del aprovechamiento (una tasa de exceso de asignación de más de 8:1). La adquisición de almacenamiento adicional habría generado un gasto incremental de más de 90.000 $ que se ha evitado con thin provisioning.

Thin provisioning de NetApp ha sido diseñado para permitirle presentar más almacenamiento lógico para hosts o usuarios del que realmente dispone en su pool de almacenamiento físico. En lugar de asignar un espacio inicial, el espacio de almacenamiento se asigna de forma dinámica a cada volumen o LUN a media que se escriben los datos. En la mayoría de las configuraciones, el espacio libre también se libera en su pool de almacenamiento cuando los datos del volumen o LUN son eliminados (sin que ninguna copia Snapshot lo retenga).

Este método de aprovisionamiento de almacenamiento tiene muchas ventajas:

• Como el ejemplo anterior sugiere, puede evitar la necesidad de disponer de una gran cantidad de almacenamiento asignado sin ocupar.
• A su vez, un mayor aprovechamiento implica una reducción de la cantidad de espacio necesario, disminuyendo los gastos de capital directo (capex).
• Los gastos de operación (opex) se reducen ya que el almacenamiento ocupa menos espacio en el centro de datos y requiere menos electricidad y refrigeración.
• Como los precios de almacenamiento siguen cayendo, es probable que cuando tenga que adquirir capacidad adicional sea más económica que si hubiera tenido que adquirir la capacidad al principio.
• La planificación de la capacidad se simplifica, ya que es capaz de gestionar un pool único de almacenamiento libre. Diversas aplicaciones o usuarios pueden asignar almacenamiento del mismo pool libre, así se evita la situación en la que algunos volúmenes tienen una capacidad limitada y otros más capacidad de la necesaria.
• Su entorno de almacenamiento pasa a ser más ágil y resulta más fácil reaccionar a los cambios.

Figura 1) Aprovisionamiento tradicional frente a thin provisioning de NetApp.

Este capítulo de Vuelta a lo básico explora cómo se implanta thin provisioning de NetApp, los casos de uso más comunes, las prácticas de implantación de thin provisioning en entornos SAN y NAS y mucho más.

Cómo implantar thin provisioning en Data ONTAP

El entorno operativo Data ONTAP® de NetApp combina los discos físicos con grupos RAID que consisten en discos de datos y de paridad. Los grupos RAID se recopilan en un pool de almacenamiento llamado agrupación. Una agrupación es un conjunto de grupos RAID.

Los volúmenes de FlexVol® se crean en las agrupaciones. Los volúmenes de FlexVol son contenedores lógicos que almacenan datos. Los hosts que utilizan protocolos NAS acceden y almacenan datos directamente en los volúmenes de FlexVol. En entornos SAN, se crean LUN en los volúmenes de FlexVol y los host acceden a las LUN. Los volúmenes de FlexVol no están asociados directamente a ningún disco subyacente concreto de la agrupación. Esto extrae contenedores de almacenamiento de datos lógicos de los contenedores de almacenamiento físico subyacentes, proporcionando la flexibilidad que hace posible thin provisioning y otras funciones de almacenamiento de NetApp.

Figura 2) Los volúmenes de FlexVol permiten utilizar la asignación suave para aprovisionar más espacio del que hay disponible en la agrupación física con thin provisioning.

Data ONTAP implanta thin provisioning en el volumen FlexVol y a nivel LUN. En entornos SAN, puede crear LUN con thin provisioning dentro de volúmenes FlexVol con thin provisioning. Una opción de almacenamiento sencilla determina si un volumen o LUN concreto dispone de espacio físico garantizado en la agrupación de disco. Esto significa que, si actualmente no utiliza thin provisioning, podrá habilitarlo en sus volúmenes y LUN existentes cambiando simplemente una única opción y sin interrumpir operaciones en proceso.

Casos de uso de thin provisioning

Por lo general, thin provisioning proporciona el máximo de ventajas en configuraciones con un gran número de servidores y aplicaciones. Por ejemplo, unos buenos candidatos son los entornos de servidores virtualizados y entornos de proveedores de servicios en los que hay que asignar almacenamiento para un gran número de usuarios. La tecnología también es adecuada para el aprovisionamiento de almacenamiento para recursos compartidos de archivos y directorios iniciales, backup a disco, entornos de servicios de alojamiento web e Internet (incluidos almacenamiento de fotos y cuentas de correo electrónico) y servicios de información.

Los siguientes ejemplos, aunque no debe considerarse una lista completa, muestran las ventajas de thin provisioning en entornos de aplicación específicos.

Directorios iniciales. Muchas organizaciones observan que los requisitos de capacidad del directorio inicial pueden variar mucho en la comunidad de usuarios. Este es un lugar natural donde thin provisioning resulta útil. Al realizar thin provisioning en volúmenes de FlexVol que almacenan directorios iniciales, podrá satisfacer fácilmente a los consumidores de mucho espacio sin malgastar un valioso espacio en disco con los usuarios de requisitos modestos.

Una empresa que utiliza thin provisioning para los directorios iniciales asigna a cada uno de sus usuarios (4.500) hasta 1 GB de almacenamiento de archivos en red. Esto requeriría 4,5 TB de almacenamiento físico con el aprovisionamiento tradicional, pero, al utilizar thin provisioning, el requisito se satisface con solo 600 GB de espacio físico.

Backup a disco. El aprovisionamiento para backup a disco puede ser más complicado de asignar espacio para requisitos de almacenamiento primarios. No solo debe calcular el crecimiento del almacenamiento primario, sino que también debe saber la tasa de cambio en cada volumen. Una empresa que vende servicios de backup a sus clientes internos ha obtenido un gran éxito mediante la aplicación de thin provisioning en su almacenamiento secundario para backup a disco. En el transcurso de un año, el cliente aumentó la capacidad de su almacenamiento primario de 500 a 900 TB sin necesidad de almacenamiento secundario adicional.

El centro de datos de la empresa se veía constantemente atrapado por el espacio físico, la energía y la refrigeración, de modo que este ahorro representa una ventaja significativa más allá del ahorro económico. La empresa fue capaz de retrasar la adquisición de nuevo almacenamiento secundario durante años como resultado de thin provisioning. El aprovechamiento del almacenamiento aumentó de menos del 40% (debido principalmente a volúmenes infrautilizados) a casi un 70%.

Entornos de servidores y puestos de trabajo virtuales. Otro gran candidato para thin provisioning es el entorno de virtualización. Por cada equipo virtual, es común asignar un espacio de disco de 10 a 20 GB. Sin embargo, la mayoría de las instalaciones de equipo virtual solo consumen una fracción de este espacio. Utilizando thin provisioning en estos volúmenes, se puede ahorrar un espacio de almacenamiento significativo.

Uso de thin provisioning de NetApp

Thin provisioning se habilita en el almacenamiento de NetApp mediante la configuración de la opción adecuada en un volumen o LUN. Con thin provisioning, puede aprovisionar un volumen si cambia la opción «garantizar» a «ninguno». Igualmente, puede utilizar thin provisioning en una LUN si cambia la reserva de la misma. Estos ajustes pueden realizarse mediante herramientas de gestión de NetApp tales como Operations Manager y Provisioning Manager, ambos de NetApp, o introduciendo los siguientes comandos:

Volumen: vol options “targetvol” guarantee none

LUN: lun set reservation “/vol/targetvol/targetlun” disable

El cambio es instantáneo y no provoca interrupciones.

Nuevas instalaciones. Para crear un volumen nuevo con thin provisioning, configure la garantía como «ninguno» al crear el volumen en la línea de comandos. Si utiliza Provisioning Manager, podrá seleccionar un perfil de aprovisionamiento que incluya thin provisioning y permita que la herramienta aprovisione el sistema de almacenamiento.

La figura 3 muestra las opciones de thin provisioning para volumen NAS en Provisioning Manager. Como puede ver, primero debe crear una normativa que incluya thin provisioning desactivando la casilla de verificación «Guarantee space for data and Snapshot copies» (Garantizar espacio para datos y copias Snapshot). Cualquier conjunto de datos asignado a este perfil será aprovisionado con thin provisioning.

Figura 3) La captura de pantalla muestra las opciones de thin provisioning de Provisioning Manager para un volumen NAS.

La figura 4 muestra las opciones SAN de thin provisioning para una LUN. Puede crear una normativa de thin provisioning si selecciona la opción «Do not guarantee space for LUN or Snapshot copies» (No garantizar espacio para LUN o copias Snapshot), tal y como se muestra. Cualquier conjunto de datos SAN asignado a esta normativa será aprovisionado con thin provisioning.

Figura 4) La captura de pantalla muestra las opciones de thin provisioning de Provisioning Manager para una LUN.

Instalación existente. Para convertir un volumen existente a thin provisioning, deberá modificar la opción «garantizar» del volumen y cambiarla a «ninguno». De esta forma, liberará el espacio reservado para el volumen dentro de la agrupación. También puede realizar esta acción mediante cualquier herramienta de gestión de NetApp.

Gestión de thin provisioning. Un aspecto importante de thin provisioning es la supervisión adecuada del aprovechamiento del espacio. Como los entornos con thin provisioning pueden asignar más espacio lógico del almacenamiento físico subyacente que tienen, necesitará herramientas que puedan supervisar el aprovechamiento del espacio de sus sistemas de almacenamiento y que generen advertencias y mensajes adecuados, de forma que pueda reaccionar con prontitud para evitar situaciones de falta de espacio.

Por ejemplo, Operations Manager permite establecer alertas para distintos niveles de compromiso y de capacidad ocupada en la agrupación. Puede utilizar estas alertas para responder como corresponda a los cambios en su consumo de almacenamiento. En entornos con thin provisioning, puede recibir una alerta cuando una agrupación tenga un determinado porcentaje de exceso de aprovisionamiento o cuando se alcance cierto nivel de ocupación de la capacidad de una agrupación.

Cuándo no utilizar thin provisioning. Hay situaciones en las que thin provisioning podría no ser adecuado. Tenga esto en cuenta a la hora de decidir si desea implantarlo y en qué volúmenes:

• Si el consumo de almacenamiento de un volumen es impredecible o altamente volátil.
• Si la aplicación que utiliza el volumen es una aplicación crítica, en la que no pueda tolerarse si quiera una breve interrupción del almacenamiento.
• Si sus procesos de supervisión del almacenamiento no son adecuados para detectar cuándo se cruzan límites críticos, necesitará normativas bien definidas para la supervisión y respuesta.
• Cuando el tiempo necesario para la adquisición de almacenamiento nuevo es impredecible. Si su proceso de adquisición es demasiado largo, puede que no sea capaz de aportar almacenamiento nuevo en línea con la suficiente rapidez como para evitar quedarse sin espacio.

Thin provisioning con SAN y NAS

Existe una diferencia significativa entre thin provisioning en los entornos SAN y NAS. Cuando asigna una LUN a un host, este crea su propio sistema de archivos en la LUN y su propia contabilidad. Como resultado, es posible que el host tenga una noción distinta de la cantidad de espacio que se está utilizando en la LUN si la comparamos con el sistema de almacenamiento. (Aplicable a todos los proveedores de almacenamiento SAN, no solo a NetApp). Este problema se ilustra en la figura 5.

Figura 5) Ilustración de cómo pueden diferir las percepciones del host y del sistema de almacenamiento respecto al aprovechamiento del espacio. Un host no necesita volver a utilizar los bloques que ha liberado de forma inmediata y, en lugar de ello, puede asignar espacio nuevo.

NetApp proporciona una tecnología (reclamación de espacio) que le ayuda a conservar y reutilizar el espacio en disco que ya ha asignado a las LUN. Sin la reclamación de espacio, es casi imposible realizar thin provisioning en una LUN durante un largo periodo de tiempo. Naturalmente, depende de cómo una aplicación concreta utilice el espacio de almacenamiento pero, por lo general, el sistema de almacenamiento tiende a asignar cada vez más espacio hasta que la LUN alcanza su tamaño máximo. Llegado este punto, el resultado es el mismo que si hubiera aprovisionado la LUN de forma normal.

La tecnología de reclamación de espacio de NetApp se ha integrado en SnapDrive® de NetApp y no tiene ningún coste adicional. SnapDrive facilita a los administradores de servidores la gestión del almacenamiento SAN de NetApp mediante un método basado en asistente o mediante una interfaz de línea de comandos. NetApp también ha realizado una labor significativa para integrar la reclamación de espacio de NetApp en la API de thin reclamation de Symantec™.

Puede iniciar periódicamente el proceso de reclamación de espacio en sus LUN. La herramienta GUI determinará primero cuánto espacio puede ser reclamado y le preguntará si desea continuar. Puede limitar la cantidad de tiempo que utilizará el proceso, para que no se ejecute durante los picos de actividad.

Aquí encontrará algunos puntos que debe tener en cuenta cuando ejecute la reclamación de espacio:

• Se recomienda ejecutar la reclamación de espacio antes de crear una copia Snapshot. De otro modo, los bloques que estarían disponibles para ser liberados se bloquearán en la copia Snapshot y no se podrán liberar.
• Como la reclamación de espacio consume inicialmente ciclos en el host, debería ejecutarse durante periodos de baja actividad.
• El tráfico normal de datos a la LUN puede continuar mientras se ejecuta el proceso. Sin embargo, ciertas operaciones no pueden llevarse a cabo durante el proceso de reclamación de espacio:

— Crear o restaurar una copia Snapshot detiene la reclamación de espacio.

— La LUN no podrá ser eliminada, desconectada ni ampliada.

— No se puede modificar el punto de montaje.

— No se recomienda ejecutar la desfragmentación de Windows®.

Conclusión

Thin provisioning es una importante herramienta de eficiencia del almacenamiento que puede utilizarse de forma independiente o en combinación con otras soluciones de eficiencia del almacenamiento como la deduplicación de NetApp o FlexClone. Para obtener más información sobre thin provisioning, consulte los siguientes recursos:

  NetApp Thin Provisioning: Better for Business (Thin Provisioning de NetApp: mejor para el negocio).
  NetApp Thin Provisioning: Doing More with Less (Thin Provisioning de NetApp: hacer más con menos) de Silverton Consulting.
  Maximize Storage Efficiency with NetApp Thin Provisioning and Symantec Thin Reclamation (Optimice la eficiencia del almacenamiento con thin provisioning de NetApp y thin reclamation de Symantec)

Paul Feresten Director Ejecutivo de Marketing de Producto NetApp Paul se unió a NetApp en 2005 y se especializó en las principales ofertas de software de NetApp, como Data ONTAP, MultiStore®, FlexClone y thin provisioning. Tiene más de 30 años de experiencia en el sector, donde ha desempeñado funciones de gestión de producto, ventas, marketing y dirección ejecutiva. Antes de entrar a formar parte de NetApp, Paul trabajó en Data General, Digital Equipment Corporation, MSI Consulting y SEPATON.

Uday Boppana Director de Productos NetApp Uday actualmente es responsable de las funciones WAFL® y de sistema de archivos de Data ONTAP, que incluyen eficiencia del almacenamiento, movilidad de datos sin interrupciones y funcionalidades de copias Snapshot. Se unió a NetApp en 2004 y ha trabajado en tareas de dirección de producto, marketing técnico e ingeniería relacionadas con las funciones de Data ONTAP, incluyendo SAN, FlexClone, WAFL y eficiencia del almacenamiento. Uday tiene un Máster en Informática de la Universidad del Estado de Carolina del Norte.