Con la virtualización de equipos, se podrán disminuir considerablemente la subutilización de los recursos informáticos con los que cuenta la Dirección de Cómputo y Comunicaciones y se reducirán los costos de operación por concepto de mantenimiento.
ANÁLISIS
Anualmente la Dirección de Cómputo y Comunicaciones gasta por concepto de mantenimiento 3.7 millones de pesos de los cuales 1.7 millones son destinados para el mantenimiento de la infraestructura de HP.
Los servidores propuestos para ser virtualizados son servidores HP ProLiant BL10p, esta tecnología de servidores en “navaja” fue adquirida por el Instituto en el año 2000, para propósitos específicos tales como:
• Hospedaje de páginas web –una por servidor- • Desarrollo de aplicaciones web.
• Desarrollo de bases de datos. • Respaldo de la información. Siendo sus características:
• Un procesador Pentium M a 750 MHz. • 1 GB de memoria RAM.
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• Y una tarjeta de red 10/100 Mbps.
Estos servidores se encuentran en un chasis donde se pueden alojar hasta 20 servidores, compartiendo los recursos de red y de electricidad. Siendo la parte de comunicaciones más susceptible, debido a que los 20 servidores solo tienen comunicación al exterior por una sola tarjeta de red 10/100 Mbps.
Para el primer trimestre del año 2010, la infraestructura de HP que posee la DCyC, ya no será soportada por el fabricante, motivo por el cual se requiere de un esquema de bajo impacto en la migración, para los servicios alojados en dicha infraestructura. Aunado a la falta de soporte de la infraestructura, algunas de las aplicaciones alojadas en estos equipos, debe ser migrada a servidores con mejores prestaciones, debido al incremento en el uso de las aplicaciones por parte de los usuarios.
La figura 6 muestra el comportamiento (porcentual) típico de un servidor –BL10- candidato a virtualizar, debido a que el uso del CPU es bajo, aunque se tengan picos de operación, no llevan al servidor a usar el cien por ciento de los recursos.
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En el tema de la utilización de los recursos de red, el servidor presenta el siguiente comportamiento:
Figura 7 Recuperado de la Consola de Administración del Sistema de Monitoreo de la DCyC
La figura 7 muestra la transmisión de bytes totales/seg de la tarjeta de red del equipo antes mencionado.
Debido a los principios propuestos por Popek y Goldber, los ambientes virtualizados deberán comportarse de la misma manera que si estuvieran en el hardware físico (Portal, 1974).
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El comportamiento típico de los servidores BL10 es como el que se muestra en la siguiente tabla. Este comportamiento fue analizado en un periodo de 30 días (eje X) con herramientas de monitoreo como Mcrosoft System Center Operations Manager.
Tabla 4 Monitoreo de 20 servidores BL10 en un periodo de 30 días. día BL 1 BL 2 BL 3 BL 4 BL 5 BL 6 BL 7 BL 8 BL 9 BL 10 BL 11 BL 12 BL 13 BL 14 BL 15 BL 16 BL 17 BL 18 BL 19 BL 20 promedio 1 20 18 26 30 13 35 18 16 85 9 10 78 36 13 5 75 5 45 54 5 29.8 2 26 22 28 35 12 38 11 21 86 15 6 66 36 23 12 86 8 42 40 7 31 3 28 14 36 26 17 29 10 16 100 11 4 61 44 18 13 91 7 41 38 1 30.25 4 29 21 29 33 14 36 14 17 82 11 3 61 48 16 7 86 5 39 59 8 30.9 5 25 22 29 24 14 40 10 17 98 10 7 53 39 10 10 91 8 38 3 9 27.85 6 22 13 27 28 11 40 15 12 86 13 9 55 38 14 8 99 9 34 11 5 27.45 7 28 18 31 27 10 42 9 15 85 14 5 52 45 10 11 95 8 33 47 4 29.45 8 23 21 30 28 12 43 9 22 87 15 6 49 42 12 13 93 13 36 27 3 29.2 9 28 24 28 31 10 40 11 19 85 12 7 52 53 18 7 91 5 31 85 8 32.25 10 30 23 33 29 13 28 14 21 82 12 9 53 44 14 10 82 11 36 33 2 28.95 11 25 16 28 26 19 30 15 25 88 17 8 45 57 15 8 99 7 31 51 7 30.85 12 28 19 33 34 18 32 12 19 91 18 7 49 53 17 5 93 10 32 23 6 29.95 13 23 24 29 34 19 35 14 25 87 14 2 47 47 20 9 95 17 36 91 6 33.7 14 24 14 25 38 15 37 8 20 89 12 4 54 50 17 13 95 16 33 12 4 29 15 20 28 29 39 13 39 11 21 86 16 8 66 52 27 11 95 16 30 27 4 31.9 16 24 17 31 28 12 31 9 25 92 16 3 59 50 19 14 92 14 38 74 8 32.8 17 24 22 31 31 11 37 12 26 90 12 7 61 54 16 13 96 10 34 16 7 30.5 18 26 17 31 31 14 34 7 21 80 16 8 58 56 16 10 91 4 40 58 4 31.1 19 25 19 29 34 16 32 9 18 86 14 4 57 52 17 8 91 7 39 76 6 31.95 20 25 16 34 38 11 40 14 17 89 11 2 54 56 11 7 97 6 37 84 3 32.6
40 21 24 21 29 37 13 32 11 16 86 16 4 61 49 18 6 97 5 42 4 4 28.75 22 28 18 34 35 12 38 14 22 92 19 1 59 46 18 9 97 6 44 26 7 31.25 23 28 14 36 37 18 38 12 21 88 12 6 59 48 19 13 92 5 32 69 2 32.45 24 28 21 32 36 15 38 9 18 89 14 4 54 49 17 9 98 7 39 73 6 32.8 25 27 16 27 32 18 36 12 22 86 16 3 56 54 15 11 93 10 37 91 1 33.15 26 25 18 24 30 17 38 8 15 90 19 5 55 52 19 7 90 10 38 66 9 31.75 27 31 24 29 34 18 37 9 19 99 10 7 58 47 18 6 94 8 34 95 8 34.25 28 30 23 30 34 16 38 7 19 97 12 2 56 49 15 7 96 11 43 27 8 31 29 27 17 24 29 19 34 10 14 86 12 4 54 57 16 12 95 12 41 51 3 30.85 30 30 20 30 26 17 35 11 28 86 13 7 56 48 14 9 91 13 42 60 6 32.1 De forma gráfica:
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La tabla 4 muestra el monitoreo de la utilización de los-20 servidores-, en un periodo de 30 días. Existen cuatro casos particulares a destacar, los servidores 11, 15, 17, y 20, los cuales tiene una utilización promedio menor al 10%. En el otro extremo los servidores 9 y 16 requieren un incremento en el procesador.
También existen servidores que en algunos días la utilización del CPU es considerable, como es el caso del servidor 19, pero solo en ciertos días de la semana.
Para el tema de la migración de los servidores de físico a virtual, se realizaron pruebas en servidores de producción para determinar el tiempo que tarda la aplicación en hacer el proceso completo. Los resultados fueron los siguientes:
Tabla 5 Resultado de la conversión de servidores para el muestreo del tiempo de conversión Espacio en Disco Tiempo
30 GB 0:55:18
40 GB 1:15:35
60 GB 2:05:40
En promedio la tasa de transferencia de las conversiones es de 2 GB/min, esto dependerá de la utilización del disco duro y de los procesos que estén corriendo en el servidor en el momento de la conversión, lo cual da un parámetro a considerar.
La disponibilidad promedio de los sistemas informáticos del Instituto Politécnico Nacional, es del 97% (ver anexo), esto representa 24 horas de baja al mes, en términos monetarios, si se toma en cuenta que para 2006 la población del personal de apoyo a la educación era de 10 mil 39 personas(http://www.genero.ipn.mx:70/genero/indicadores.jsp), y el sueldo
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promedio es de 6 mil 132 pesos con 22 centavos el costo por esas 24 horas de baja es de 9 millones 234 mil 203 pesos y 46 centavos. Con esta solución de virtualización se pretende incrementar la disponibilidad del centro de datos a 99%.
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DISEÑO
El uso de CPU en conjunto de los 20 servidores a su máxima capacidad, es de 13.6 GHz, se propone un servidor con al menos 24 GHz para aumentar la capacidad de procesamiento en las aplicaciones que se encuentran al 100% de utilización y contener en algunos casos la demanda de más recursos por parte de los usuarios. Se contempla la integración de dos servidores para asegurar la disponibilidad de los servicios.
En el caso de la memoria, el total actual es de 20 GHz, así como en la propuesta de CPU, la memoria debe contener al menos las necesidades actuales y se proyecta un crecimiento en el corto plazo de al menos 5 servidores virtuales, se propone al menos 32 GB de memoria RAM, debido a dos criterios:
• Un servidor virtual al prender desarrolla un comportamiento típico al de los sistemas físicos en el manejo de la memoria, utiliza toda la memoria RAM para encender y después que el sistema operativo arrancó libera parte de ésta memoria según su utilización.
• Si la memoria RAM se llegase a terminar, vmware protege a los sistemas más críticos –previa configuración- y apaga al resto de las máquinas virtuales.
Para el apartado del almacenamiento, se debe tener en consideración la cantidad de recursos del hardware que se van a ceder para que el Sistema Operativo maneje los discos. Por ser una aplicación que demanda el acceso al disco ya sea de lectura y/o escritura (I/O), se recomienda un sistema de almacenamiento que atraiga el procesamiento de los datos y libere de dicha carga al sistema operativo, además que no
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intervenga con la red de comunicaciones, en este contexto, se recomienda un sistema de almacenamiento de área local –SAN- en el cual se confinarán los datos en una red de fibra óptica de 4 Gbps de I/O independiente de la red de comunicaciones del SITE.
El sistema de almacenamiento debe contener los sistemas con su capacidad en disco actual, y se espera que a corto plazo crezcan un 20 % es decir, deberá contener 720 GB de espacio disponible después de la creación de los arreglos de discos, y que permita la integración de más clientes en un futuro, así que se debe considerar la expansión de los puertos de comunicación para los switches que interconectan al arreglo.
La figura “diseño de la solución 1” muestra el diagrama físico de las conexiones redundantes de fibra para el sistema de almacenamiento, para que sea tolerante a fallas y un sistema de alta disponibilidad.
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Figura 10 Diseño físico detallado de las conexiones de fibra para el sistema de almacenamiento.
La configuración de la figura 10 presenta una velocidad end-to-end (punto a punto) de 4Gbps y una distribución redundante tolerancia a fallas.
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La figura 11 muestra de forma lógica la conexión de los servidores con el sistema de almacenamiento, cabe destacar que se compartirán las 2 LUNs, con la finalidad de tener las herramientas de alta disponibilidad (HA) y VMotion activados.
Figura 11 Diagrama lógico de la distribución de las LUNs en la SAN
Los equipos cuentan con almacenamiento propio para efecto de guardar imágenes de discos de instalación –formato ISO-, para la instalación de diversos programas en las máquinas virtuales.
La configuración de red de los servidores de vmware deberá ser como se muestra en la figura 12.
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Figura 13 Diseño final de la solución de virtualización para la DCyC.
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Las figuras 12 y 13 mostraron la integración de dos redes dentro del centro de datos, una es para atención directa a los usuarios y la otra sobre la red de administración interna del centro de datos, esto con la finalidad de proteger los servicios y las consolas de administración de intentos de ataque para violar la seguridad. Se deberá tener por lo menos un par de NICs para cada red, con la finalidad de que el sistema tolere fallas por hardware. Y se deberán configurar un par de switches virtuales para fin de tener un balance de carga entre las tarjetas y el número de servidores virtuales.
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