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Este contenido es parte de Guía Esencial: Almacenamiento empresarial: de los fundamentos a los detalles
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Cómo crear un almacenamiento de Nivel 0 aprovechando al máximo las unidades de estado sólido

Las empresas están empezando a hacer uso de la tecnología de unidades de estado sólido (o SSD, por sus siglas en inglés) en un nivel de almacenamiento de alto rendimiento denominado Nivel 0.

Las empresas están empezando a hacer uso de la tecnología de unidades de estado sólido (o SSD, por sus siglas en inglés) en un nivel de almacenamiento de alto rendimiento denominado Nivel 0.

El almacenamiento de Nivel 1, también conocido como almacenamiento de producción, es la modalidad de almacenamiento de gama más alta existente para datos de producción. El Nivel 2 y otros niveles de almacenamiento inferiores se desarrollaron para datos que no fueran tan vitales o que no necesitaran las características de rendimiento del almacenamiento de Nivel 1.

Pero, ahora, se ha creado un nuevo nivel: el Nivel 0, un almacenamiento basado en memoria de estado sólido que se utiliza para potenciar el rendimiento más allá de lo que permite el actual almacenamiento de Nivel 1. Anteriormente, el almacenamiento de Nivel 0 se encontraba en forma de disco RAM y era bastante caro. De hecho, para justificar el alto costo de un disco RAM, no sólo había que saber con certeza que los problemas de rendimiento que se tenían estaban vinculados con el almacenamiento, sino que también debía poder demostrarse la rentabilidad de la inversión en ese disco RAM.

Sin embargo, hoy en día, esto está cambiando. La caída de los precios de los dispositivos de estado sólido está haciendo que la tecnología SSD sea más accesible para cualquier centro de datos. Pero, aunque la bajada en el precio de las SSD está aumentando el interés por esta tecnología, el principal aspecto que tienen en cuenta las empresas a la hora de elegir una opción SSD sigue siendo el del drendimiento.

Igualar el rendimiento de una SSD de 4U requeriría una matriz de disco enorme y cara con un disco LUN de gran tamaño dividido físicamente entre muchas unidades. Como siempre, la sencillez gana por goleada. Entre una sencilla SSD de 4U y una matriz de disco de gran tamaño con un sistema de unidades complejo, muchos clientes están eligiendo las SSDs.

Éstas últimas pueden encontrarse en dos modalidades: como sistemas basados en RAM o como sistemas basados en memoria flash. Y la memoria flash es la razón de que esté cambiando el panorama SSD. Aunque no tiene el nivel de rendimiento de un sistema basado en RAM, la memoria flash es considerablemente más rápida que las tradicionales matrices basadas en discos (más incluso que las matrices de rendimiento superior), lo que hace de ella la solución perfecta para algunos centros de datos.

Los sistemas basados en RAM son más caros que los de memoria flash. Por ejemplo, actualmente, las SSDs basadas en flash suelen tener una capacidad habitual de 2 TB. Esos 2 TB de memoria flash costarían normalmente unos 190 000 USD. Por otro lado, los sistemas basados en RAM suelen tener una capacidad de 128 GB y cuestan cerca de 70 000 USD, por lo que si comprásemos una SSD basada en RAM de 2 TB, el costo ascendería a más de 1 millón de USD.

Aunque, actualmente, la venta de sistemas flash está dejando atrás a los sistemas basados en RAM en términos de capacidad total, la venta de sistemas SSD basados en RAM está aumentando en número de unidades. Cuando necesite rendimiento RAM, podrá justificar el gasto adicional.

A diferencia de las SSDs flash, los sistemas basados en RAM no se ven afectados por la cantidad de datos que se les introduzca. Existe un límite teórico en relación al número de grabaciones que puede soportar un sistema basado en flash. Además, los sistemas flash no ofrecen el mismo nivel de rendimiento de escritura que los sistemas RAM.

Por consiguiente, los sistemas RAM suelen ser la mejor opción en situaciones en las que hay archivos muy activos con un número considerable de E/S, como en el caso de deshacer o rehacer registros. Donde puede verse el aumento más significativo en las E/S y donde se logra una rentabilidad de la inversión muy rápida es en entornos de bases de datos en los que rehacer o deshacer registros está interrumpiendo el funcionamiento habitual de E/S del disco.

Igualar el rendimiento de una SSD de 4U requeriría una matriz de disco enorme y cara con un disco LUN de gran tamaño dividido físicamente entre muchas unidades. Como siempre, la sencillez gana por goleada. Entre una sencilla SSD de 4U y una matriz de disco de gran tamaño con un sistema de unidades complejo, muchos clientes están eligiendo las SSDs.

Éstas últimas pueden encontrarse en dos modalidades: como sistemas basados en RAM o como sistemas basados en memoria flash. Y la memoria flash es la razón de que esté cambiando el panorama SSD. Aunque no tiene el nivel de rendimiento de un sistema basado en RAM, la memoria flash es considerablemente más rápida que las tradicionales matrices basadas en discos (más incluso que las matrices de rendimiento superior), lo que hace de ella la solución perfecta para algunos centros de datos.

Los sistemas basados en RAM son más caros que los de memoria flash. Por ejemplo, actualmente, las SSDs basadas en flash suelen tener una capacidad habitual de 2 TB. Esos 2 TB de memoria flash costarían normalmente unos 190 000 USD. Por otro lado, los sistemas basados en RAM suelen tener una capacidad de 128 GB y cuestan cerca de 70 000 USD, por lo que si comprásemos una SSD basada en RAM de 2 TB, el costo ascendería a más de 1 millón de USD.

Aunque, actualmente, la venta de sistemas flash está dejando atrás a los sistemas basados en RAM en términos de capacidad total, la venta de sistemas SSD basados en RAM está aumentando en número de unidades. Cuando necesite rendimiento RAM, podrá justificar el gasto adicional.

A diferencia de las SSDs flash, los sistemas basados en RAM no se ven afectados por la cantidad de datos que se les introduzca. Existe un límite teórico en relación al número de grabaciones que puede soportar un sistema basado en flash. Además, los sistemas flash no ofrecen el mismo nivel de rendimiento de escritura que los sistemas RAM.

Por consiguiente, los sistemas RAM suelen ser la mejor opción en situaciones en las que hay archivos muy activos con un número considerable de E/S, como en el caso de deshacer o rehacer registros. Donde puede verse el aumento más significativo en las E/S y donde se logra una rentabilidad de la inversión muy rápida es en entornos de bases de datos en los que rehacer o deshacer registros está interrumpiendo el funcionamiento habitual de E/S del disco.

Cómo crear un Nivel 0

El primer paso para instaurar un almacenamiento de Nivel 0 es identificar el tipo de datos con el que trabajará el sistema. En el caso de sistemas basados en RAM, éstos serán aplicaciones con un número levado de intercambios de operaciones de E/S. En estas aplicaciones, hay ciertos archivos tan “activos” que necesitan más capacidad de E/S de la que el subsistema de disco puede facilitar.

Volvamos a la situación que comentábamos antes, en la que los registros de rehacer o deshacer segmentos de bases de datos se introducen en un disco RAM. Las tres soluciones más probables, en este caso, son: cambiar la matriz de disco por una más rápida (y más cara); repartir los datos entre más unidades de la matriz (haciendo al usuario más vulnerable ante un fallo doble de la unidad); o comprar una SSD. Estas aplicaciones con un número elevado de operaciones de E/S son las candidatas ideales para un sistema basado en RAM, en contraposición a uno de memoria flash. El otro factor decisivo para la instalación de una SSD RAM es su baja latencia. Para muchas aplicaciones, la latencia es más importante que el número máximo de operaciones de E/S por segundo (IOPS, por sus siglas en inglés), aunque las mejores combinaciones ofrecen tanto baja latencia como un alto IOPS.

Un tipo de dato que funcionaría bien con sistemas basados en flash son los de aplicaciones de lectura intensiva o, al menos, los de aquéllas con un nivel de escritura más frecuente. Si el sistema flash dispone de una RAM caché suficientemente grande, también puede soportar un alto número de ráfagas de escritura, lo que significa que es adecuado para aplicaciones que requieren una E/S de disco considerable pero en las que no pueden identificarse los archivos individuales de uso intensivo, como son los almacenes de datos.

Los sistemas basados en flash ofrecen más capacidad que los que están basados en RAM, y, además, consumen menos energía. Gracias a las funciones que ofrecen las SSDs flash, ahora es posible trasladar bases de datos enteras a una SSD.

Cómo proteger el Nivel 0

Cómo puede protegerse este nuevo Nivel 0? Al fin y al cabo, se trata de memoria. La memoria flash suele venderse en módulos agrupados en un conjunto de matrices, con un módulo designado como unidad de paridad. De hecho, esto constituye una estrategia de protección en forma de RAID 3. Además, como la memoria de cualquier lápiz USB, las unidades flash no requieren energía para conservar los datos almacenados en ellas.

Pero, dado que las unidades RAM necesitan energía constantemente, la protección se convierte en un problema de primer orden. Algunos sistemas basados en RAM utilizan una batería de reserva y cuentan con unidades de disco duro integradas para almacenar datos en caso de que se apague el sistema, bien manualmente o bien debido a un fallo de alimentación. Durante un corte de energía, la batería del sistema mantendrá la unidad en funcionamiento y el sistema copiará los contenidos a la(s) unidad(es) de disco duro por si la energía no se recupera antes de que se acabe la batería.

Las SSDs basadas en RAM también hacen uso de la memoria de corrección de errores (o ECC, por sus siglas en inglés) y de la tecnología Chipkill de IBM. (HP dispone de un sistema similar denominado Chipspare.) Estas tecnologías ofrecen un tipo de tecnología avanzada de detección y corrección de errores (ECC) que protege los sistemas de memoria del ordenador en caso de avería del chip único de memoria o de error multi-bit en alguno de los componentes del mismo.

Por ejemplo, Chipkill lleva a cabo esta función repartiendo los bits de una palabra ECC entre múltiples chips de memoria de forma que, si se produjese una avería en alguno de ellos, sólo se vería afectado un bit ECC. Esto permite que el sistema pueda reconstruir los contenidos de la memoria aunque se hubiera averiado completamente uno de los chips.

Chipkill suele utilizarse en combinación con un sistema de direccionamiento dinámico de bits de forma que, si un chip falla (o supera el umbral de errores de bits), un chip de memoria de repuesto sustituye al averiado. Este concepto es similar al de las RAID (que ofrecen protección frente a una avería en el disco), salvo que, en este caso, el concepto se aplica a chips de memoria individuales. Cuando IBM desarrolló Chipkill en los años 90, estaba pensado para sistemas Unix de gama alta y ordenadores centrales, pero, ahora, se utiliza en SSDs. Un estudio realizado por IBM sobre el efecto de Chipkill sugiere que su utilización reduce en un 20% la probabilidad de que se produzca una pérdida de datos en un sistema de memoria.

Sistemas basados en RAM: son ecológicos?

Son ecológicos los sistemas basados en RAM? Si hacemos una comparación energética por TB, la respuesta es que no. Pero esta comparación no se corresponde con la realidad. El método tradicional para obtener un mayor nivel  de rendimiento en una aplicación que requiere cada vez más capacidad de E/S de disco es crear LUNs con un gran número de unidades. Cuantos más ejes de disco haya en un grupo de matrices, más rápido será el rendimiento de E/S del disco. Estas unidades adicionales requieren más energía y, por lo general, mucha capacidad del disco se acaba malgastando, sobre todo en entornos de almacenamiento no virtualizado. El usuario tiene que sacrificar el uso eficaz de la capacidad en pro de la velocidad.

Sin embargo, las SSDs no requieren ejes adicionales. Ofrecen una gran velocidad desde el primer momento. Esto conlleva un número inferior de dispositivos y, por tanto, un menor consumo energético.

Expectativas de rendimiento

Una unidad de disco duro habitualmente realiza lecturas o escrituras de entre 4 y 5 microsegundos y, aproximadamente, entre 150 y 300 E/S aleatorias por segundo. Una SSD basada en RAM realiza lecturas y escrituras de 0,015 microsegundos y cerca de 400 000 E/S por segundo. Una SSD basada en flash hace lecturas de 0,2 microsegundos y escrituras de 2 microsegundos. Su rendimiento de E/S es de 100 000 E/S aleatorias por segundo en lectura y 25 000 E/S por segundo en escritura.

Texas Memory Systems ha desarrollado una SSD flash en caché. Utilizando y accediendo a una memoria caché basada en RAM, se pueden obtener niveles de rendimiento similares a los de una SSD RAM, lo que le permite combinar lo mejor de ambas opciones.

A las empresas que fueron pioneras en el mercado SSD, como Texas Memory Systems, se les están uniendo fabricantes de matrices de almacenamiento como EMC, Sun, NetApp y Hitachi Data Systems (HDS) en un intento por introducirse en un mercado que está creciendo muy rápidamente. Algunos ejemplos son NetApp y HDS, de los que se espera que lancen soluciones SSD este mismo año.

Información sobre el autor: George Crump es el fundador de Storage Switzerland, una empresa dedicada al análisis de los mercados de virtualización y almacenamiento. Ofrece servicios de consultoría y análisis estratégicos a empresas de servicios integrales, proveedores y usuarios de almacenamiento. Con una experiencia en la especialidad de más de 25 años, Crump ha ocupado puestos de gestión ejecutiva e ingeniería en varias empresas de servicios integrales y fabricación dentro de la industria de TI (tecnología de la información). Antes de trabajar en Storage Switzerland, fue Director Técnico de una de las mayores empresas de servicios integrales del país.

Este artículo se actualizó por última vez en junio 2008

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