White paper Otimizando o data center virtual com pools de caminho de dados EMC PowerPath/VE Bob Laliberte Fevereiro de 2011 Este white paper do ESG foi encomendado pela EMC e é distribuído sob licença do ESG. 2011, Enterprise Strategy Group, Inc. Todos os direitos reservados
Índice White paper: Otimizando o data center virtual com pools de caminho de dados 2 Expandindo a virtualização da infraestrutura... 3 A virtualização tem suas dificuldades... 4 Criando pools de caminhos de dados com o EMC PowerPath/VE... 6 A importância de múltiplos caminhos em data centers dinâmicos... 8 A grande verdade... 9 Todas as marcas comerciais pertencem a suas respectivas empresas. As informações contidas nesta publicação foram obtidas de fontes que o ESG (The Enterprise Strategy Group) considera confiáveis, mas não são garantidas pelo ESG. Esta publicação pode conter opiniões do ESG, que estão sujeitas a mudanças de tempos em tempos. Esta publicação é protegida por direitos autorais do The Enterprise Strategy Group, Inc. Qualquer reprodução ou redistribuição desta publicação, na íntegra ou em parte, seja em formato impresso, eletrônico ou qualquer outro, a pessoas não autorizadas a recebê-la sem o consentimento expresso do The Enterprise Strategy Group, Inc. é uma violação da lei de direitos autorais dos Estados Unidos e estará sujeita a uma ação por danos civis e, se aplicável, a processo criminal. Se tiver alguma dúvida, entre em contato com o departamento de atendimento ao cliente do ESG nos EUA, pelo telefone +1 (508) 482-0188.
White paper: Otimizando o data center virtual com pools de caminho de dados 3 Expandindo a virtualização da infraestrutura Orçamentos limitados e recursos de data center subutilizados estão levando muitas organizações a implementar tecnologias de virtualização para aumentar a eficiência. Na verdade, de acordo com a Pesquisa de intenção de gastos com TI de 2011 feita pelo ESG, o aumento da virtualização de servidores permanece como a prioridade número um entre as empresas de médio e grande portes, como já se tinha visto na pesquisa de 2010. 1 Entrando em mais detalhes, os entrevistados foram perguntados sobre quais iniciativas de negócios eles acreditavam ter maior impacto nas decisões de gastos com TI nos próximos 12 a 18 meses. Como mostra a Figura 1, as duas principais iniciativas continuam sendo aquelas que objetivam a redução de custos e o aprimoramento dos processos de negócios. Isso está em sincronia com a revolução da virtualização de servidores, que tem como objetivo reduzir o investimento (CAPEX) e o custo operacional (OPEX); a virtualização de servidores exige menos recursos físicos, e os custos de manutenção e licenciamento são geralmente menores. Ela também oferece melhorias do processo de negócios, como o provisionamento mais rápido, maior disponibilidade de aplicativos e melhor processo de backup e recuperação. Figura 1. Iniciativas de negócios com maior impacto em decisões de gastos com TI Fonte: Enterprise Strategy Group, 2011. Deve se observar que a lacuna entre as prioridades de redução de custos e de aprimoramento de processos de negócios está diminuindo. A importância da redução de custos diminuiu de 54% para 42% dos entrevistados desde 2009, enquanto a importância do aprimoramento de processos de negócios aumentou de 31% para 33%. Isso indica que as organizações estão se tornando mais focadas nas melhorias, como virtualização e automação, que aumentam a eficiência. 1 Fonte: relatório de pesquisa do ESG, 2011 IT Spending Intentions Survey (Pesquisa de intenções de gastos com TI em 2011), janeiro de 2011.
White paper: Otimizando o data center virtual com pools de caminho de dados 4 Existem também outros impulsionadores da virtualização. Por exemplo, os custos de software são normalmente menores com servidores virtuais do que com vários servidores físicos na nuvem. Os padrões da virtualização de servidores estão agilizando as implementações, e o suporte a vários sistemas operacionais em uma única plataforma de hipervisor reduz a complexidade. Consequentemente, as organizações estão experimentando maior tempo de funcionamento dos aplicativos, gerenciamento mais simples, custos reduzidos de gerenciamento e melhor preparação para desastres. Além disso, uma pesquisa recente do ESG focada na virtualização de servidor observou uma tendência interessante: quanto mais experiência as organizações têm com a virtualização de servidores, maiores são os benefícios. 2 Em outras palavras, organizações que acabaram de implementar a virtualização de servidores (de acordo com o escopo da implementação, proporção de VMs [Virtual Machines, máquinas virtuais] de produção, eficiência e penetração da carga de trabalho) experimentam menos benefícios que as organizações com implementações abrangentes de virtualização. Essa é uma boa notícia, pois todos os sinais apontam para um crescimento maciço da virtualização de servidores nos próximos dois anos: os entrevistados pelo ESG relataram expectativas de aumento das implementações de virtualização de servidores, consolidação de um número cada vez maior de máquinas virtuais em cada servidor físico e implementação de mais cargas de trabalho de produção essenciais em VMs. O que precisa ser feito para criar um data center otimizado para tudo isso? A maioria dos especialistas de mercado concorda que a resposta é uma abordagem completa que incorpore os domínios de armazenamento, rede e servidor. A maioria começa aproveitando a virtualização de servidores para criar um pool de recursos de servidor que pode ser distribuído e compartilhado e otimizando o armazenamento por meio da criação de pools de capacidade que também podem ser compartilhados. Entretanto, essas cargas de trabalho virtualizadas normalmente resultam em muito mais I/O consolidado a partir de um único servidor físico e seus caminhos de dados. Para otimizar totalmente o data center, os caminhos de dados de rede também devem se tornar um pool de recursos (por meio de múltiplos caminhos). Sem isso, o I/O pode se tornar um gargalo entre o servidor recentemente eficiente e os pools de armazenamento. A virtualização tem suas dificuldades A criação de um data center totalmente otimizado e dinâmico não é uma tarefa simples; vários desafios devem ser superados para que os benefícios sejam percebidos. Esses desafios englobam todos os domínios e incluem: O impacto da virtualização nas ferramentas e no processo de gerenciamento. As organizações devem estar cientes do impacto que a criação desses pools de recursos terá nas ferramentas e nos processos de gerenciamento existentes. Como mostra a Figura 2, em uma pesquisa recente sobre a virtualização de servidores, a ampla maioria dos entrevistados relatou algum impacto ou impacto significativo no gerenciamento de servidor, armazenamento e rede, e menos de 10% indicaram que a virtualização teve um impacto pequeno ou nenhum impacto. À medida que o ambiente de virtualização de servidores continuar amadurecendo, as organizações virtualizarão um volume cada vez maior de cargas de trabalho de produção essenciais e também exigirão maior integração e ferramentas de gerenciamento interfuncionais e voltadas para a virtualização. Caminhos de I/O tornam se gargalos à medida que as proporções da consolidação aumentam. Em ambientes virtuais dinâmicos, é responsabilidade da TI obter o máximo de seus caminhos de dados. À medida que as organizações continuam a conduzir proporções mais altas de consolidação de VMs em servidores individuais, o I/O pode se tornar um gargalo. Fatores complicadores incluem o envio de mais I/O para o caminho de dados do que ele pode aceitar; monitoramento e ajuste manual e constante quando a TI tenta otimizar o I/O à medida que as máquinas virtuais se expandem; e a incapacidade de exibir o I/O completo. Por fim, os problemas de I/O causam impacto no desempenho e na disponibilidade dos aplicativos. Por isso, existe menor tolerância agora e existirá cada vez menos à medida que mais cargas de trabalho de produção forem virtualizadas. Deve se observar que os usuários da virtualização esperam aumentar drasticamente a proporção de consolidação de VMs para servidores físicos nos próximos dois anos. Enquanto quase três quartos das organizações atingiram proporções de consolidação de pelos menos 5:1, cerca de um terço espera que em dois anos essa proporção seja de 2 Fonte: relatório de pesquisa do ESG, The Evolution of Server Virtualization (A evolução da virtualização de servidores), novembro de 2010. Todas as referências à pesquisa são provenientes desse relatório, a menos que informado de outro modo.
White paper: Otimizando o data center virtual com pools de caminho de dados 5 25:1. À medida que os ambientes virtuais avançam rumo à hiperconsolidação, problemas ocorrem. As interrupções podem ser criadas por aplicativos com muito I/O, e é extremamente difícil mapear manualmente o ambiente para garantir tempos de resposta de I/O suficientes. Figura 2. O impacto da tecnologia de virtualização em ferramentas e processos de gerenciamento Fonte: Enterprise Strategy Group, 2011. Mantendo a disponibilidade e o desempenho em ambientes dinâmicos. Aumentar o tempo de funcionamento dos aplicativos para atender aos usuários e à gerência pode ser desafiador em ambientes dinâmicos altamente virtualizados. Os ineficientes processos manuais não são suficientes para equilibrar rapidamente as cargas de I/O. Ambientes dinâmicos com peças móveis dificultam a visualização de onde o I/O é necessário e de como colocá lo lá; recursos como VMware vmotion, High Availability, Dynamic Resource Scheduler e VAAI (vstorage APIs for Array Integration) contribuem para complicar o gerenciamento de desempenho de I/O. Esse não é o pior problema para os usuários, pois, como observado, os problemas de desempenho aparecem como o terceiro item na lista de fatores que impedem as organizações de usar a tecnologia de virtualização mais amplamente. Se a TI oferecer os níveis de desempenho exigidos pela empresa, essas implementações abaixo do padrão nunca irão decolar. De modo semelhante, a TI deve poder garantir failover simplificado de caminho de I/O durante upgrades de arrays, falhas inesperadas de caminhos e paralisações não planejadas ou desastres. Devido ao aumento da densidade da máquina virtual, das cargas de trabalho combinadas e do suporte esperado aos aplicativos de produção, serão exigidos muito mais desempenho e disponibilidade, e será mais difícil garanti los. Reduzindo o custo de criação de um ambiente dinâmico e altamente virtualizado. O ESG observou que o licenciamento/preço de fornecedores de tecnologias virtuais é outro dos principais fatores que impedem as organizações de usar a virtualização mais amplamente. Para aqueles que estão em ambientes com vários hipervisores, os padrões de criação relacionados a múltiplos caminhos em SANs compartilhadas também são um problema; sem eles, a implementação e o gerenciamento são complexos e não confiáveis. Além disso, ter de gerenciar o ambiente físico com um conjunto de ferramentas e o ambiente virtual com outro requer custo e esforço extra e leva à ineficiência. As ferramentas que podem ser padronizadas em uma única solução para gerenciar os dois ambientes são muito valiosas. Resolvendo problemas de caminho de dados em pools de recursos virtualizados. A configuração do gerenciamento de caminhos também é uma questão chave a ser considerada: é complexo e caro
White paper: Otimizando o data center virtual com pools de caminho de dados 6 configurar manualmente caminhos com máquinas virtuais que estão surgindo e desaparecendo, se expandindo e se alterando. A correção de falhas de caminho e de configurações incorretas interrompe as operações e exige esforço e tempo da equipe. Parte do problema é que é difícil nesse ambiente dinâmico e de muitas camadas ter a visibilidade adequada para encontrar as causas de falhas, o que dificulta a solução delas de modo rápido e eficiente. Falta de habilidades, ferramentas e percepções da virtualização. Os funcionários que lidam com armazenamento, servidores e sistemas de rede relataram desafios que incluem não apenas o custo da infraestrutura de virtualização em cada categoria, mas também falta de conhecimento e habilidades em virtualização. Além disso, funcionários que lidam com sistemas de rede indicaram que as ferramentas existentes de gerenciamento de rede são criadas para dispositivos físicos, e não virtuais, e citaram dificuldade em dimensionar a largura de banda exigida para dar suporte ao ambiente de servidor virtual. De modo semelhante, quando perguntados sobre o impacto da virtualização de servidores nas áreas de tecnologia, os funcionários de armazenamento e de rede observaram uma necessidade crescente de colaboração com outros grupos da infraestrutura, além do aumento no uso de armazenamento baseado em SAN e da criação de maior tráfego de rede. Todos esses dados são combinados para demonstrar a importância da visibilidade completa na pilha da virtualização. As ferramentas que aumentam a visibilidade e permitem que a TI veja o que está acontecendo a partir de qualquer perspectiva da tecnologia ajudarão a simplificar o caminho para a virtualização mais ampla. Como mencionado anteriormente, a extensão da implementação da virtualização parece aumentar os benefícios experimentados; dessa forma, as ferramentas e as tecnologias que permitem essa expansão podem ser claramente vantajosas. Entretanto, nem todas as soluções são criadas igualmente. As organizações devem estar cientes de que muitas das soluções nativas gratuitas, fornecidas com a tecnologia de virtualização, normalmente exigem ajuste manual e oferecem monitoramento reduzido, sem mencionar uma nova curva de aprendizado e o suporte apenas para ambientes virtuais. Em vez disso, as organizações devem analisar as soluções comprovadas do mundo físico que foram adaptadas para o mundo virtual. Criando pools de caminhos de dados com o EMC PowerPath/VE Com base nos desafios relatados da virtualização expandida, de qual tipo de solução de múltiplos caminhos os usuários precisam? A pesquisa do ESG indica que as organizações estão buscando: Um único conjunto de ferramentas para gerenciar a configuração de caminho de dados, o provisionamento e o failover de ambientes físicos e virtuais. Visibilidade completa de I/O nos ambientes virtuais. Automação de múltiplos caminhos e balanceamento de carga de I/O. Failover e recuperação de caminho simplificados. Otimização aprimorada de caminho e desempenho. Menores custos, independentemente do dimensionamento. As organizações estão buscando maior eficiência, menores custos, habilidade de maximizar o uso do canal de I/O e crescimento sem preocupação com os fluxos de dados. Quanto mais automação e inteligência uma ferramenta tem, mais liberados ficam os administradores de TI do monitoramento e do ajuste constantes do uso de caminho de dados para fins de desempenho e disponibilidade. Está claro que a virtualização está criando uma mudança das funções individuais e administrativas baseadas em estruturas isoladas para os generalistas de TI que gerenciam na pilha. Ferramentas abrangentes com visibilidade completa que oferecem automação e inteligência ajudarão a tornar isso possível. Com o PowerPath/VE, os usuários obtêm um conjunto de ferramentas para solucionar os desafios de gerenciamento de ambientes virtuais dinâmicos utilizando o VMware vsphere e o Microsoft Hyper V. Criado com base no padrão ouro do EMC PowerPath Multipathing para ambientes físicos, o PowerPath/VE também protege servidores e armazenamento heterogêneos, inclusive arrays não EMC. O PowerPath tem sido referência para as soluções de gerenciamento de caminhos por uma década; com mais de 30.000 clientes exclusivos do PowerPath e um milhão de servidores hosts, ele é uma solução comprovada. Ele pode não ser um dos produtos mais famosos da EMC, mas certamente é um dos mais respeitados.
White paper: Otimizando o data center virtual com pools de caminho de dados 7 Como já observado, a virtualização de servidores cria um pool compartilhado de recursos de servidor, e a otimização de armazenamento cria pools compartilhados de capacidade de armazenamento para dar suporte aos aplicativos. O PowerPath/VE fornece múltiplos caminhos dinâmicos exigidos para criar pools de caminhos de dados no mesmo paradigma. Com o PowerPath/VE, as organizações podem criar data centers totalmente otimizados com base em pools compartilhados de recursos de servidores até caminhos de dados e armazenamento. O PowerPath/VE aumenta o número de iniciadores sempre ativos, resultando em vários fluxos de dados por host. A TI pode ignorar a complexidade do ambiente virtual e atribuir de modo simples todos os dispositivos a todos os caminhos; o PowerPath/VE otimiza automaticamente o desempenho de I/O. Como o PowerPath/VE reside no hipervisor, abaixo de aplicativos e sistemas operacionais guest e acima de HBAs e armazenamento, ele oferece suporte heterogêneo de sistemas operacionais guest e storage arrays. Isso elimina a necessidade de qualificar VMs para os produtos de gerenciamento de caminhos. O PowerPath/VE serve como um ponto de controle da infraestrutura e trabalha com quaisquer dispositivos de armazenamento bruto, gerenciadores de volume, sistemas de arquivos e aplicativos. Ele oferece uma interface do usuário semelhante em vários sistemas operacionais bem como monitoramento integrado por meio do VMware vcenter Server e do novo PowerPath CLI remoto. O valor real do PowerPath/VE está relacionado ao gerenciamento inteligente de caminhos em toda a SAN compartilhada. Ele combina recursos de I/O de múltiplos caminhos, balanceamento automático de carga e failover e recuperação de caminhos, e, junto com o PowerPath, ele fornece um conjunto único de ferramentas que funciona em ambientes heterogêneos de armazenamento e servidor físico e virtual uma ferramenta para todo o trabalho. Uma solução comum de gerenciamento de caminhos fornecida em vários sistemas operacionais cria previsibilidade e estabilidade na SAN, abrangendo ambientes Fibre Channel, iscsi e FCoE. O PowerPath/VE foi projetado para maximizar a disponibilidade dos aplicativos, otimizar o desempenho e automatizar o gerenciamento de caminhos, reduzindo ao mesmo tempo a complexidade. Os recursos e os algoritmos patenteados do PowerPath/VE o tornam único entre as soluções de gerenciamento de caminho de dados. Eles são: Políticas de balanceamento de carga otimizadas para arrays EMC Symmetrix VMAX, VNX e CLARiiON; um algoritmo patenteado usa o roteamento inteligente e focado em SAN para se adaptar às alterações de carga na SAN. O PowerPath/VE verifica como os caminhos estão sendo usados, qual é peso da carga, e roteia o I/O de acordo. Um algoritmo patenteado de balanceamento de carga para arrays não EMC. Failover e failback (recuperação) de caminho automáticos e sem interrupções, fornecendo tranquilidade ao lidar com aplicativos essenciais. Teste de caminho sensível a caminhos com falha e com habilidade para restaurar automaticamente os caminhos recuperados. A detecção de falhas proativa é um recurso exclusivo do PowerPath e permite que ele roteie novamente as solicitações de I/O antes que a falha ocorra. Caminhos com falha e decompostos são rapidamente identificados e removidos do serviço, e os caminhos restaurados retornam automaticamente ao serviço. Teste periódico para determinar quais caminhos de dados estão ativos ou inativos. O teste de caminho baseado em carga minimiza o uso do ciclo de CPU, pois os sistemas ocupados que concluem com sucesso o I/O exigem menos testes de caminho. Configuração automática das políticas de balanceamento de carga para otimização de caminho. Reconhecimento completo de SAN para melhor visibilidade. A inteligência do PowerPath/VE fornece um nível mais alto de serviços de gerenciamento de caminhos. Por exemplo, durante o roteamento de caminhos de dados, o PowerPath/VE considera não apenas o número de I/Os, mas também o tamanho e o tipo do I/O, bem como o atraso da fila em cada caminho. De modo semelhante, para failover e failback ou recuperação, o PowerPath/VE considera a carga de trabalho atual, a política de balanceamento de carga e os caminhos que estão disponíveis e escolhe o melhor caminho seguinte após a falha.
White paper: Otimizando o data center virtual com pools de caminho de dados 8 A importância de múltiplos caminhos em data centers dinâmicos Os recursos mencionados na seção anterior são particularmente importantes quando vistos no contexto da virtualização expandida de servidores. O ESG perguntou aos entrevistados de vários segmentos de tecnologia (servidores, armazenamento, sistema de rede, aplicativos e segurança) quais desdobramentos eles achavam que permitiriam o uso mais amplo da virtualização de servidores. Um tema comum entre eles foi a necessidade de visibilidade melhor e mais completa. Eles mencionaram a necessidade de simplificar e consolidar switches de data center; mais recursos em switches virtuais; mais treinamento em virtualização; e melhor integração entre as tecnologias de servidor, armazenamento, sistema de rede e virtualização. O gerenciamento automatizado de caminhos de dados com o PowerPath/VE dá suporte a todas essas necessidades. É importante observar que uma porcentagem significativa dos funcionários em todos os segmentos de tecnologia está buscando treinamento adicional para expandir a virtualização de servidores; é possível que ferramentas abrangentes como o PowerPath/VE, por meio da automatização de tarefas e da otimização de recursos, reduzam muito o treinamento adicional exigido. Também é importante destacar que a arquitetura do PowerPath/VE é compatível com implementações multitenancy para nuvens públicas e privadas. A largura de banda disponível pode ser segmentada por aplicativo para garantir o desempenho suficiente para cada locatário. Aplicativos específicos podem ser atribuídos a canais dedicados, e alguns aplicativos podem aproveitar caminhos mais ativos, conforme a necessidade. Isso deve tornar o PowerPath/VE mais atraente para os prestadores de serviços. Por fim, o PowerPath/VE foi testado exaustivamente pelo EMC E Lab em centenas de cenários, vários produtos de hardware e plataformas de SO usando diversos protocolos. Ele foi testado com sucesso em implementações com o uso de clusters, provisionamento thin, mobilidade de partição de VM, várias inserções de falha, upgrades sem interrupção, inicialização de SAN e muito mais. Como um dos produtos EMC mais amplamente testados, seu desempenho em todos esses cenários é bem definido.
A grande verdade White paper: Otimizando o data center virtual com pools de caminho de dados 9 Uma solução automatizada de gerenciamento de caminhos é essencial para a obtenção do máximo de seu investimento em tecnologia virtual. A pesquisa do ESG indica claramente que as implementações de virtualização de servidor se expandirão drasticamente nos próximos dois anos; a continuação do gerenciamento de caminhos manual não conseguirá sustentar esse crescimento. O EMC PowerPath, o que inclui o PowerPath/VE, fornece uma solução única de gerenciamento de caminhos para servidores físicos e virtuais, para armazenamento EMC e não EMC e para os sistemas operacionais mais conhecidos. 3 Os usuários obtêm pools virtuais de recursos de caminhos para acompanhar os pools virtuais de recursos de armazenamento e servidor. O PowerPath/VE aproveita todos os canais de I/O para balanceamento de carga e failover, fornecendo alto desempenho previsível. Sua habilidade de ajustar constantemente o uso de caminhos de I/O de acordo com as alterações nas cargas de I/O em máquinas virtuais garante que os aplicativos mantenham o desempenho que precisam. Esses recursos serão essenciais nos próximos dois anos, à medida que a densidade das máquinas virtuais aumentar e as organizações virtualizarem mais cargas de trabalho combinadas que incluam aplicativos essenciais. Em vez de gastar tempo gerenciando o I/O e mapeando a largura de banda para aplicativos e VMs, os usuários do PowerPath/VE podem aproveitar sua automação, inteligência e visibilidade completa para garantir desempenho, disponibilidade e mais eficiência. 3 O PowerPath/VE dá suporte a ambientes virtuais VMware vsphere e Microsoft Hyper V. O PowerPath Multipathing é compatível com os ambientes físicos Windows, Linux, AIX, Solaris e HP UX, bem como com algumas variantes virtuais (para Linux, AIX e Solaris).
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