Virtualización de servidores: Partición y conquista

Asumir una posición proactiva respecto del mantenimiento de servidores con partición dinámica de hardware puede ayudarle a equilibrar su carga de trabajo de servidor virtual.

William Stanek

La virtualización de servidores es actualmente una de las tecnologías esenciales en los centros de datos empresariales. La virtualización de servidores le permite crear varias máquinas virtuales (VM) que comparten el mismo hardware físico. Cada máquina virtual ejecuta una instancia independiente de un sistema operativo con recursos de hardware que asigna el hipervisor (administrador de VM).

De manera óptima, puede usar máquinas virtuales para consolidar servidores de baja utilización. En lugar de tener numerosos servidores subutilizados, tendrá menos servidores, cada uno con varias máquinas virtuales. Consolidar servidores de esta manera no solamente puede ahorrarle dinero a la organización al reducir los costos de equipo y consumo de energía, sino que también puede reducir la sobrecarga de administración y simplificar el mantenimiento de los servidores.

A pesar de que la virtualización de servidores está de moda en este momento, no siempre es la mejor opción cuando se refiere a escenarios de alta utilización. Como las cargas de trabajo de servidores se escalan considerablemente, necesita una solución de servidor que también lo haga. Aquí es donde entra la partición de hardware.

La partición de hardware crea varias particiones de hardware aisladas en un solo servidor. Cada partición de hardware ejecuta una instancia independiente de un sistema operativo y tiene asignados recursos de procesador, memoria y puente host de E/S por un procesador de servicio.

Un administrador de partición se comunica con el procesador de servicio para ayudarle a administrar las configuraciones de partición de hardware. Como las particiones de hardware se encuentran aisladas entre sí, los errores de hardware que se producen en un servidor particionado sólo afectan a la partición que contiene el hardware con errores. Esto mejora la confiabilidad y la disponibilidad generales.

Dicho esto, las particiones de hardware y las máquinas virtuales no se excluyen mutuamente. Puede usar ambas tecnologías en conjunto si instala un administrador de VM en una partición de hardware y crea máquinas virtuales dentro de dicha partición de hardware. Esta combinación le ayuda a escalar vertical y horizontalmente de manera considerable usando hardware de servidor de clase empresarial. Puede escalar de manera vertical para satisfacer las necesidades de alta utilización y de manera horizontal para cumplir con las necesidades de baja utilización. Esto garantiza que obtendrá el máximo impacto de ambos enfoques de administración de hardware.

El enfoque dinámico

La partición de hardware puede asumir un enfoque estático o dinámico. En un entorno de partición estática de hardware, las asignaciones de recursos son fijas mientras el sistema esté en ejecución. Debe apagar y reiniciar una instancia de sistema operativo para cambiar la configuración.

En un entorno de partición dinámica de hardware, las asignaciones de recursos son ajustables mientras el sistema esté en ejecución. Esto significa que puede agregar o reemplazar recursos sin reiniciar el sistema operativo que se ejecuta en la partición de hardware. Esto mejora considerablemente la disponibilidad y facilidad.

La partición dinámica de hardware requiere compatibilidad de sistema operativo para obtener resultados óptimos. Windows Server 2008 R2 es compatible con las características de partición dinámica de hardware que aparecen en la figura 1, pero en la actualidad no es compatible con la eliminación en caliente. La versión RTM de Windows Server 2008 tiene el mismo nivel de compatibilidad, excepto en que sólo es compatible con memoria de agregado en caliente y puente host de E/S de agregado en caliente en la edición Datacenter Edition de sistemas basados en x86. La compatibilidad de sistema operativo nativo para PCI Express le permite conectar en caliente dispositivos de PCIe, como adaptadores de red y adaptadores de bus host.

Figura 1 Compatibilidad de partición dinámica de hardware en Windows Server 2008 Edition

Para admitir la asignación dinámica, Windows Server 2008 modela puentes de E/S, procesadores y memoria como dispositivos plug-and-play. Con esto puede agregar o reemplazar estos recursos. También permite que los controladores de dispositivos y las aplicaciones en ejecución se registren para notificaciones relacionadas, de tal modo que pueda asignar o realizar la transición de recursos. Cada recurso, ya sea memoria, procesador o un puente host de E/S, se controla como una unidad discreta, a la que se conoce como unidad de partición.

Si un componente de hardware comienza a presentar errores, recibirá alertas de errores de hardware registradas en registros de eventos. Si un servidor está subutilizado, recibirá notificaciones de contadores de rendimiento o métricas de supervisión de recursos similares. En cualquiera de esas instancias, puede mantener proactivamente su servidor si agrega recursos de manera dinámica o reemplaza un recurso problemático. Esto se puede hacer de una de varias maneras:

• Manualmente: use el administrador de partición suministrado por el proveedor para comunicar los cambios con el procesador de servicio.
• Automáticamente: configure una aplicación de administración de sistemas suministrada por el proveedor con condiciones desencadenadoras para sus particiones de hardware. Si los servidores cumplen alguna de dichas condiciones, la aplicación inicia automáticamente el cambio con el procesador de servicio.

Ya sea controlado de manera manual o desencadenado automáticamente, el procesador de servicio controla la solicitud de “agregar o reemplazar" como una acción atómica única. Esto significa que un reemplazo es distinto de eliminar un recurso (con eliminación en caliente) y luego agregar un recurso nuevo del mismo tipo (con agregado en caliente). El procesador de servicio controlará una operación dinámica de agregado al:

1. seleccionar los recursos de reemplazo disponibles y necesarios;
2. encender e inicializar los recursos;
3. agregar los recursos seleccionados a la partición de hardware designada;
4. notificar a Windows Server 2008 respecto de la disponibilidad de los nuevos recursos.

Cuando Windows Server 2008 reciba notificación de la adición dinámica, realizará las acciones siguientes:

1. iniciar los recursos y agregarlos al grupo de recursos disponibles;
2. notificar a cualquier dispositivo y aplicación registrados acerca de los recursos para que puedan ajustar sus asignaciones de recursos;
3. con procesadores: iniciar un reequilibrio de recursos en todo el sistema de los controladores de dispositivos participantes para que puedan desconectar y reconectar sus controladores de interrupción de hardware y hacer uso de los nuevos recursos; (los controladores de dispositivos que no participan no se encuentran incluidos, para que así la reasignación no interrumpa sus servicios);
4. con puentes host de E/S: detectar dispositivos conectados al nuevo bus de E/S e iniciar posiblemente un reequilibrio de recursos;
5. una vez completados estos pasos, notifique al procesador de servidor que el agregado en caliente finalizó.

El reemplazo en caliente sólo está disponible para memoria y procesadores (y sólo cuando el recurso de reemplazo es idéntico al recurso original). El procesador de servicio controla una operación de reemplazo al:

1. seleccionar los recursos de reemplazo disponibles y necesarios;
2. encender e inicializar los recursos. Con memoria, el estado de los módulos de memoria anteriores se copia a los módulos de memoria nuevos.
3. notificar a Windows Server 2008 acerca de la inminente operación de reemplazo. El sistema operativo va a un pseudo estado de suspensión S4. Con procesadores, el sistema operativo y el firmware del sistema copian el estado de los procesadores anteriores a los nuevos procesadores. Con memoria, cualquier cambio de estado se copia a los módulos de memoria nuevos.
4. asignar los recursos de reemplazo en la partición de hardware y quitar los recursos anteriores;
5. notificar a Windows Server 2008 acerca de la finalización del reemplazo. El sistema operativo vuelve del estado de suspensión y reanuda las operaciones normales.
6. apagar los recursos anteriores y notificar al administrador de servicio y a la aplicación de administración del sistema respecto de la finalización del reemplazo.

El reemplazo en caliente está diseñado para ser transparente con las aplicaciones que se ejecutan en el sistema operativo de la partición. El pseudo estado de suspensión S4 es igual que el estado de suspensión S4 normal, con la excepción de que el sistema operativo no guarda un archivo de hibernación ni se apaga. Mientras se encuentra en estado de suspensión, el sistema operativo cesa todas las operaciones de procesamiento y de E/S, y los dispositivos de la partición quedan en estado de bajo consumo. Si el sistema operativo se usa mucho, las conexiones de red con el sistema operativo pueden experimentar tiempo de espera durante el reemplazo en caliente y deberán reconectarse.

Eso es lo que ocurre con la partición dinámica y cómo puede usar las características relacionadas en los entornos de centro de datos para realizar mantenimiento proactivo. Recuerde que no debe usar RAID de software en un servidor con mucho uso cuando haya disponible RAID de hardware, por lo que no podrá usar máquinas virtuales en un servidor con mucho uso cuando la se encuentre disponible la partición dinámica de hardware.

Sin embargo, todo esto se puede modificar. Hay veces en que posiblemente desee combinar técnicas para obtener los beneficios de poder escalar de manera vertical y horizontal con rapidez.

**William R. Stanek**es experto líder en tecnología, un excelente instructor y el galardonado autor de más de 100 libros. Siga a Stanek en Twitter en https://twitter.com/williamstanek.

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