En la era de la economía digital, los datos crecen de forma explosiva, transformando la comprensión que las personas tienen de ellos. Los datos solían servir a las operaciones comerciales, pero ahora se han convertido en una de las fuerzas impulsoras que permiten la transformación digital de las empresas. A medida que los centros de datos de las empresas albergan a un número cada vez mayor de empresas, los datos se utilizan y se movilizan cada vez con mayor frecuencia, lo que obliga a las empresas a encontrar sistemas de datos que proporcionen una latencia menor y niveles de servicio superiores.
Según una encuesta realizada a cientos de usuarios de sistemas de datos, aproximadamente el 87% de los problemas de rendimiento del sistema se producen en la interacción entre el subsistema de almacenamiento y la base de datos de la aplicación. Es decir, la latencia de respuesta y el tráfico de acceso simultáneo del subsistema de almacenamiento determinan los del sistema de la aplicación. La alta latencia y el pequeño tráfico simultáneo de un subsistema de almacenamiento se han convertido en el cuello de botella del rendimiento de todo el sistema, lo que constituye una realidad exasperante para muchas empresas.
Echemos un vistazo rápido a la historia de los requisitos de latencia de los sistemas de almacenamiento necesarios para la expansión empresarial. En la era de los discos duros, las aplicaciones de copia de seguridad empresariales y de disco web requieren una latencia de almacenamiento relativamente baja, y 10 ms pueden ayudar a los usuarios a hacer frente fácilmente a las demandas de las aplicaciones. En la actualidad, la mayoría de los escritorios virtuales requieren una latencia de 5 ms, y con la aparición de las tecnologías de virtualización y de la nube, las oficinas de escritorios virtuales se han convertido en la corriente principal en las grandes empresas. El big data ha cambiado los modelos de negocio, y el aumento del volumen de datos tiene un gran impacto en los sistemas de gestión de relaciones con los clientes (CRM) y planificación de recursos empresariales (ERP) de las empresas. La latencia de 0,5 ms se ha convertido en el objetivo final de las empresas para garantizar servicios de calidad.
La latencia de 0,5 ms es un valor previsto que puede funcionar en condiciones reales de carga de trabajo intensa. No es un valor pico manipulado producido en parámetros de prueba cuidadosamente controlados ni un valor producido cuando los sistemas están bajo carga de trabajo cero. Los sistemas de almacenamiento deben mantener una latencia predecible de 0,5 ms incluso durante picos de servicio para brindarles a los usuarios una experiencia consistente.
Tecnología innovadora FlashLink
Después de acumular experiencia técnica de forma continua durante los últimos 20 años, Huawei lanzó con orgullo en 2016 el almacenamiento all-flash OceanStor Dorado V3, ultrarrápido y sólido como una roca. Este dispositivo, que sigue siendo un jugador destacado en el sector en la actualidad, ofrece un rendimiento líder en la industria impulsado por la innovadora tecnología FlashLink, y el alto rendimiento se mantiene desde tres aspectos: chip, arquitectura y sistema operativo.
OceanStor Dorado V3 adopta tres chips inteligentes para lograr una aceleración de servicios de extremo a extremo y proporciona un rendimiento un 45 % superior al del almacenamiento all-flash SAS. Huawei es un proveedor de telecomunicaciones innovador que se mantiene al día con las últimas tendencias en tecnología arquitectónica e incluso desarrolla sus propias tecnologías. Por ejemplo, OceanStor Dorado V3 es uno de los primeros sistemas de almacenamiento all-flash que utiliza NVMe en uso comercial. Además, OceanStor Dorado V3 adopta un diseño totalmente nuevo optimizado para SSD y una tecnología de colaboración entre el controlador de disco para permitir que los controladores de almacenamiento detecten los diseños de datos en SSD en tiempo real y sincronicen los datos en los controladores y SSD. Esto ayuda a reducir las pérdidas de rendimiento causadas por la recolección de basura y garantiza una respuesta rápida a las E/S de lectura y escritura de datos. Si bien estos son solo los aspectos más destacados del abundante catálogo anterior de OceanStor Dorado V3, juntos ayudan a mantener una latencia predecible de 0,5 ms incluso con cargas de trabajo pesadas. El secreto de estos avances es FlashLink, que ayuda a OceanStor Dorado a mejorar el rendimiento del servicio tres veces en comparación con el almacenamiento tradicional.
Descripción general de FlashLink
La innovadora colaboración entre el disco y el controlador garantiza un alto rendimiento predecible
Las celdas de almacenamiento flash de un SSD se pueden reescribir solo después de borrarlas. Generalmente, la unidad básica de escritura de un SSD es una página de 16 KB y la unidad básica de borrado es un bloque de 8 MB. Para evitar borrar páginas válidas, las páginas válidas de un bloque deben migrarse a otro espacio para su almacenamiento. El espacio del bloque de páginas válidas se convierte en espacio de páginas no válidas, después de lo cual el bloque se puede borrar de una sola vez. El proceso de migración de páginas válidas se conoce como recolección de basura.
La recolección de basura mejora la reutilización del espacio de un SSD, pero cada migración afecta el rendimiento del sistema de almacenamiento. Grandes cantidades de datos válidos migrados y períodos más cortos que transcurren desde que se escribe cada página en el SSD hasta que la página deja de ser válida tienen un mayor impacto en el rendimiento del sistema.
Para garantizar que están maximizando el rendimiento de los SSD y los sistemas de almacenamiento flash, las empresas deben controlar eficazmente la recolección de basura. Impulsado por SSD patentados y el sistema operativo flash, OceanStor OS, OceanStor Dorado de Huawei adopta una innovadora tecnología de colaboración entre el disco y el controlador para evitar una caída en el rendimiento causada por la recolección de basura. Al optimizar los algoritmos de software internos, OceanStor Dorado permite que los controladores de almacenamiento detecten los diseños de datos en SSD en tiempo real y realicen los ajustes correspondientes. Esto ayuda a prevenir la migración de datos después de escribirse en SSD y la recolección de basura, lo que garantiza un alto rendimiento predecible para los sistemas de almacenamiento flash.
Las escrituras secuenciales de bloques grandes reducen la frecuencia de recolección de basura
Tomemos como ejemplo los servicios de viajes compartidos en tiempo real. Estos servicios permiten que varios usuarios con rutas similares compartan un viaje, lo que ayuda a ahorrar gastos de viaje para cada usuario y reduce el consumo general de energía.
Usando esta analogía, los controladores de OceanStor Dorado V3 detectan los diseños de datos en los SSD en tiempo real y agregan bloques de datos para escribirlos en los SSD en la memoria caché del controlador. Los formatos de los bloques de datos se unifican y luego se convierten en un bloque de datos más grande que se escribe en los SSD a la vez para mejorar el rendimiento general del sistema. Los beneficios detallados incluyen:
La tecnología de escritura secuencial de bloques grandes controla la frecuencia con la que se escriben bloques pequeños aleatorios (E/S) en los SSD varias veces, lo que hace un uso completo del ancho de banda del SAS de back-end. La penalización por escritura RAID (lecturas y escrituras adicionales requeridas durante la verificación) ha sido durante mucho tiempo uno de los factores que obstaculizan el rendimiento en un sistema de almacenamiento que utiliza protección RAID. OceanStor Dorado V3 escribe datos en los SSD una vez después de la agregación de datos, lo que reduce de manera efectiva la cantidad de escrituras en el disco y la cantidad de solicitudes de lectura y escritura adicionales necesarias para la verificación. Esta característica garantiza un rendimiento del sistema predecible cuando se utilizan RAID 5, RAID 6 y RAID-TP. Incluso en un escenario tan improbable como que tres discos fallen simultáneamente, RAID-TP, una tecnología única de OceanStor Dorado V3, aún puede garantizar que los servicios no se vean afectados. OceanStor Dorado admite la recolección de basura global. Monitorea la presión del sistema en tiempo real y controla la frecuencia de recolección de basura en los discos, mitigando el impacto de la recolección de basura en el rendimiento del sistema.
Tecnología de escritura secuencial de bloques grandes
La partición de metadatos independiente controla la frecuencia de la recolección de basura
En un sistema de almacenamiento, la frecuencia de actualización de los datos de usuario difiere de la de actualización de los metadatos en que los metadatos suelen actualizarse con mayor frecuencia. En los escenarios en los que los metadatos y los datos de usuario se escriben en la misma partición de un disco, se requieren más recolecciones de elementos no utilizados que en los escenarios en los que solo se escriben datos de usuario. Esto se debe a que cuando las páginas de metadatos dejan de ser válidas, las páginas de los datos de usuario pueden seguir siendo válidas. Por lo tanto, es necesario migrar una gran cantidad de datos de usuario durante la recolección de elementos no utilizados, lo que da como resultado una amplificación de escritura excesivamente grande en el disco, así como una vida útil más corta y un menor rendimiento del SSD.
El almacenamiento all-flash OceanStor Dorado V3 utiliza particiones de metadatos independientes. Con frecuencia, escribe metadatos de actualización en una partición y, con poca frecuencia, los actualiza en una partición diferente en el sistema de almacenamiento y SSD. Esto reduce la migración de bloques de datos de usuario al actualizar los metadatos, lo que mitiga el impacto de la recolección de elementos no utilizados en el rendimiento del sistema. En términos simples, la tecnología de partición de metadatos independiente controla la cantidad de recolecciones de elementos no utilizados, lo que garantiza un alto rendimiento predecible del sistema de almacenamiento.
Partición de metadatos independiente
Priorización de E/S de lectura y escritura de datos
Las grandes empresas financieras, como los grandes bancos, suelen instalar un mostrador especial para los clientes VIP, a fin de separarlos de los clientes habituales. De manera similar, cuando los mostradores VIP están ocupados, los clientes VIP pueden saltarse la cola para ir a los mostradores comunes. Este tipo de modelo garantiza que los clientes VIP disfruten de los servicios más efectivos a una velocidad mayor que los clientes habituales.
Este tipo de modelo también lo adopta OceanStor Dorado, que introduce un mecanismo de programación de prioridades de E/S para garantizar una latencia predeciblemente baja de las solicitudes de servicio. OceanStor Dorado prioriza las solicitudes de lectura/escritura de datos con recursos de TI, incluidas las CPU, las memorias y el tráfico de acceso simultáneo a discos en los sistemas de almacenamiento. Otras solicitudes, como la reconstrucción de datos, el vaciado asincrónico de la memoria caché y las solicitudes en segundo plano dentro del sistema, deberían verse comprometidas en caso de contención de recursos.
El ajuste de prioridad de OceanStor Dorado se realiza de manera sincrónica en el controlador de almacenamiento y el SSD para garantizar que las solicitudes de lectura/escritura de datos tengan la máxima prioridad en todo momento. Otros tipos de solicitudes de E/S de datos se suspenden cuando llega la solicitud de lectura/escritura y se reanudan una vez que se completa la operación de lectura/escritura, lo que garantiza una latencia de respuesta óptima de lectura y escritura de datos en el sistema de almacenamiento.
Ajuste de prioridad de E/S
Rendimiento 3 veces mayor que el almacenamiento totalmente flash
En la era de la transformación digital, la sustitución del almacenamiento tradicional por almacenamiento totalmente flash abre un nuevo capítulo. Las personas y las empresas ya no necesitan esperar la respuesta de las aplicaciones en la vida cotidiana y en el trabajo.
Para la industria financiera, especialmente para aquellos en el campo de valores que ofrecen transacciones frecuentes en tiempo real, el tiempo es dinero. Tomemos como ejemplo a Hundsun en China. Antes de cooperar con Huawei, su arquitectura de TI tradicional solo admitía 60.000 transacciones por segundo (TPS) en picos de actividad, insuficiente para los 100.000 TPS deseados. OceanStor Dorado V3 puede ayudar a que Hundsun procese 150.000 transacciones por segundo y pueda escalar para una futura expansión comercial.
En la industria manufacturera, las capacidades de procesamiento por lotes de los almacenes de datos son la base para el análisis empresarial de ERP. Por ejemplo, BYD, el mayor fabricante de vehículos de nueva energía de China, necesitaba al menos 3,5 horas al día para procesar por lotes las solicitudes comerciales. Cuando el volumen de negocios era grande, el sistema tardaba demasiado en procesar estas solicitudes, lo que generaba una gran presión sobre los que estaban en los niveles de toma de decisiones con respecto al servicio del día siguiente. Sin embargo, una vez que implementaron OceanStor Dorado V3 de Huawei, el procesamiento por lotes del sistema solo lleva 1 hora y 12 minutos, lo que reserva tiempo suficiente para la toma de decisiones final.
En el sector médico, el sistema de información hospitalaria (HIS) es el núcleo de la gestión de los servicios hospitalarios. Se conecta a múltiples procesos, como el registro, el diagnóstico, el tratamiento, el cobro y la medicación. Tomemos como ejemplo un conocido hospital terciario de China. En su arquitectura informática tradicional, cada paciente tardaba 3 segundos en registrarse de media y debía esperar en tres a seis colas durante el diagnóstico, lo que duraba al menos una hora. Tras utilizar el Huawei OceanStor Dorado, el tiempo de registro de cada paciente es de tan solo 0,5 segundos, lo que mejora la eficiencia del diagnóstico y la relación médico-paciente.
El alquiler de almacenamiento es uno de los principales servicios de los operadores y proveedores de servicios independientes (ISP). Tomemos como ejemplo a ACESI Group, el mayor ISP del este de Francia. La velocidad de implementación de VM por lotes era una de las principales preocupaciones de los ISP porque estaba relacionada con la implementación de nuevos negocios. Se necesitaban 30 minutos para implementar 100 VM utilizando el almacenamiento tradicional, lo que hacía imposible el desarrollo rápido del servicio. OceanStor Dorado V3 acortó el tiempo de implementación de 100 VM a solo 10 minutos. Además, Huawei permitió a ACESI desarrollar nuevos servicios de alquiler platino basados en el almacenamiento all-flash Dorado de alto rendimiento, lo que mejoró la competitividad general de ACESI. Esto hace que ACESI se mantenga por delante de los competidores en la industria.
