Virtualización de E/S

En virtualización , la virtualización de entrada/salida ( virtualización de E/S ) es una metodología para simplificar la administración, reducir costos y mejorar el rendimiento de los servidores en entornos empresariales. Los entornos de virtualización de E/S se crean abstraiendo los protocolos de la capa superior de las conexiones físicas . ^{[ 1 ]}

Esta tecnología permite que una tarjeta adaptadora física aparezca como múltiples tarjetas de interfaz de red virtuales (vNIC) y adaptadores de bus de host virtuales (vHBA). ^{[ 2 ]} Las NIC y HBA virtuales funcionan como las NIC y HBA convencionales , y están diseñadas para ser compatibles con los sistemas operativos , hipervisores y aplicaciones existentes. Para los recursos de red ( LAN y SAN ), aparecen como tarjetas normales.

Desde el punto de vista físico, la E/S virtual reemplaza los múltiples cables de E/S de un servidor con un único cable que proporciona un transporte compartido para todas las conexiones de red y almacenamiento. Ese cable (o comúnmente dos cables para redundancia) se conecta a un dispositivo externo, que luego proporciona conexiones a las redes del centro de datos . ^{[ 2 ]}

La E/S del servidor es un componente crítico para el éxito y la eficacia de las implementaciones de servidores, especialmente en el caso de servidores virtualizados. Para dar cabida a múltiples aplicaciones, los servidores virtualizados requieren mayor ancho de banda de red y conexiones a más redes y almacenamiento. Según una encuesta, el 75 % de los servidores virtualizados requieren 7 o más conexiones de E/S por dispositivo y es probable que requieran reconfiguraciones de E/S más frecuentes. ^{[ 3 ]}

En los centros de datos virtualizados , los problemas de rendimiento de E/S se deben a la ejecución de numerosas máquinas virtuales (VM) en un mismo servidor. En las primeras implementaciones de virtualización de servidores, el número de máquinas virtuales por servidor solía limitarse a seis o menos. Sin embargo, se descubrió que era posible ejecutar de forma segura siete o más aplicaciones por servidor, utilizando a menudo el 80 % de la capacidad total del servidor, lo que supone una mejora con respecto al promedio del 5 al 15 % utilizado en servidores no virtualizados.

Sin embargo, el aumento de la utilización generado por la virtualización supuso una presión significativa sobre la capacidad de E/S del servidor. El tráfico de red, el tráfico de almacenamiento y las comunicaciones entre servidores se combinan para imponer cargas mayores que pueden saturar los canales del servidor, lo que provoca retrasos y CPU inactivas mientras esperan datos. ^{[ 4 ]}

La E/S virtual aborda los cuellos de botella de rendimiento consolidando la E/S en una única conexión cuyo ancho de banda idealmente supera la capacidad de E/S del propio servidor, garantizando así que el enlace de E/S no sea un cuello de botella. Dicho ancho de banda se asigna dinámicamente en tiempo real a través de múltiples conexiones virtuales tanto a los recursos de almacenamiento como a los de red. En aplicaciones con uso intensivo de E/S, este enfoque puede ayudar a aumentar tanto el rendimiento de las máquinas virtuales como el número potencial de máquinas virtuales por servidor. ^{[ 2 ]}

Los sistemas de E/S virtuales que incluyen controles de calidad de servicio (QoS) también pueden regular el ancho de banda de E/S para máquinas virtuales específicas, lo que garantiza un rendimiento predecible para aplicaciones críticas. De este modo, la QoS aumenta la aplicabilidad de la virtualización de servidores tanto para servidores de producción como para aplicaciones de usuario final. ^{[ 4 ]}

• Agilidad de gestión : Al abstraer los protocolos de capa superior de las conexiones físicas, la virtualización de E/S proporciona mayor flexibilidad, mayor utilización y aprovisionamiento más rápido en comparación con las arquitecturas tradicionales de tarjetas NIC y HBA. ^{[ 1 ]} Las tecnologías de E/S virtuales se pueden expandir y contraer dinámicamente (a diferencia de los canales de E/S físicos tradicionales que son fijos y estáticos) y, por lo general, reemplazan múltiples conexiones de red y almacenamiento a cada servidor con un solo cable que transporta múltiples tipos de tráfico. ^{[ 5 ]} Debido a que los cambios de configuración se implementan en software en lugar de hardware, los períodos de tiempo para realizar tareas comunes del centro de datos  , como agregar servidores, almacenamiento o conectividad de red  , se pueden reducir de días a minutos. ^{[ 6 ]}
• Costo reducido: La E/S virtual reduce los costos y permite una administración de servidores simplificada al usar menos tarjetas, cables y puertos de conmutación, manteniendo al mismo tiempo un rendimiento completo de E/S de red. ^{[ 7 ]} También simplifica el diseño de la red del centro de datos al consolidar y utilizar mejor los conmutadores de red LAN y SAN. ^{[ 8 ]}
• Cableado reducido: En un entorno de E/S virtualizado, solo se necesita un cable para conectar los servidores al almacenamiento y al tráfico de red. Esto puede reducir el cableado entre el servidor y la red, y entre el servidor y el almacenamiento, dentro de un mismo rack de servidores en más del 70 %, lo que se traduce en una reducción de costes, complejidad y consumo energético. Dado que la interconexión de alta velocidad se comparte dinámicamente entre diversos requisitos, también suele resultar en un mayor rendimiento. ^{[ 8 ]}
• Mayor densidad: La virtualización de E/S aumenta la densidad práctica de E/S al permitir que existan más conexiones dentro de un espacio determinado. Esto, a su vez, posibilita una mayor utilización de servidores y servidores blade de 1U de altura que, de otro modo, estarían limitados por las E/S.

Los chasis de servidores blade mejoran la densidad al agrupar muchos servidores (y, por lo tanto, muchas conexiones de E/S) en un espacio físico reducido. La E/S virtual consolida todas las conexiones de almacenamiento y red en una única interconexión física, lo que elimina cualquier restricción física en el número de puertos. La E/S virtual también permite la gestión de la configuración basada en software , lo que simplifica el control de los dispositivos de E/S. Esta combinación permite implementar más puertos de E/S en un espacio determinado y facilita la gestión práctica del entorno resultante. ^{[ 9 ]}

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