Virtualización de E/S (I/O) - Enciclopedia

En la virtualización, la virtualización de entrada/salida (I/O virtualización) es una metodología para simplificar la gestión, reducir costos y mejorar el rendimiento de los servidores en entornos empresariales. Los entornos de virtualización de I/O se crean abstrayendo los protocolos de capa superior de las conexiones físicas.

La tecnología permite que una tarjeta de adaptador física aparezca como múltiples tarjetas de interfaz de red virtual (vNIC) y adaptadores de bus de host virtual (vHBAs). Las vNIC y los vHBAs funcionan como NIC y HBAs convencionales y están diseñados para ser compatibles con los sistemas operativos existentes, hipervisores y aplicaciones. Para los recursos de red (LAN y SAN), aparecen como tarjetas normales.

En la vista física, la virtualización de I/O reemplaza múltiples cables de E/S de un servidor con un solo 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.

Antecedentes
La E/S del servidor es un componente crucial para el éxito y la eficacia de las implementaciones de servidores, especialmente con servidores virtualizados. Para albergar múltiples aplicaciones, los servidores virtualizados requieren más ancho de banda de red y conexiones a más redes y almacenamiento. Según una encuesta, el 75% de los servidores virtualizados necesitan 7 o más conexiones de E/S por dispositivo y es probable que necesiten reconfiguraciones de E/S más frecuentes.

En los centros de datos virtualizados, los problemas de rendimiento de E/S se deben a la ejecución de múltiples máquinas virtuales (VM) en un solo servidor. En las primeras implementaciones de virtualización de servidores, el número de máquinas virtuales por servidor estaba típicamente limitado a seis o menos. Sin embargo, se descubrió que se podían ejecutar de manera segura siete o más aplicaciones por servidor, a menudo utilizando el 80 por ciento de la capacidad total del servidor, lo que representa una mejora sobre el promedio del 5 al 15 por ciento utilizado en servidores no virtualizados.

Sin embargo, el aumento en el uso generado por la virtualización ha colocado una gran presión sobre la capacidad de E/S del servidor. El tráfico de red, el tráfico de almacenamiento y las comunicaciones entre servidores combinan para imponer cargas aumentadas que pueden abrumar los canales del servidor, lo que lleva a colas y CPUs inactivas mientras esperan datos.

La virtualización de E/S resuelve los cuellos de botella en el rendimiento mediante la consolidación de E/S a una única conexión cuyo ancho de banda idealmente excede la capacidad de E/S del servidor en sí, asegurando así que la propia conexión de E/S no sea un cuello de botella. Ese ancho de banda se asigna dinámicamente en tiempo real a través de múltiples conexiones virtuales tanto a recursos de almacenamiento como de red. En aplicaciones intensivas en E/S, este enfoque puede ayudar a aumentar el rendimiento de las VM y el potencial número de VM por servidor.

Los sistemas de E/S virtuales que incluyen controles de calidad de servicio (QoS) también pueden regular el ancho de banda de E/S a máquinas virtuales específicas, asegurando así un rendimiento predecible para aplicaciones críticas. Por lo tanto, el QoS aumenta la aplicabilidad de la virtualización del servidor tanto para aplicaciones de servidores de producción como para aplicaciones de usuarios finales.

Beneficios
Agilidad en la gestión: Al abstraer los protocolos de capa superior de las conexiones físicas, la virtualización de E/S proporciona mayor flexibilidad, mayor utilización y un provisionamiento más rápido en comparación con las arquitecturas de tarjetas de NIC y HBA tradicionales. Las tecnologías de E/S virtuales pueden ampliarse y reducirse dinámicamente (en contraste con los canales de E/S físicos tradicionales que son fijos y estáticos), y generalmente reemplazan múltiples conexiones de red y almacenamiento para cada servidor con un solo cable que transporta múltiples tipos de tráfico. Ya que los cambios de configuración se implementan en software en lugar de hardware, los periodos de tiempo para realizar tareas comunes en el centro de datos, como agregar servidores, almacenamiento o conectividad de red, pueden reducirse de días a minutos.

Reducción de costos: La virtualización de E/S reduce costos y permite una gestión de servidores simplificada al usar menos tarjetas, cables y puertos de conmutador, mientras aún se alcanza el rendimiento completo de E/S de red. También simplifica el diseño de la red del centro de datos al consolidar y utilizar mejor los conmutadores de red de LAN y SAN.

Reducción de cableado: En un entorno de E/S virtualizada, solo se necesita un cable para conectar los servidores tanto al almacenamiento como al tráfico de red. Esto puede reducir el cableado entre servidores y red, y entre servidores y almacenamiento dentro de un armario de servidores en un 70 por ciento o más, lo que equivale a una reducción de costos, complejidad y requisitos de energía. Dado que el interconector de alta velocidad se comparte dinámicamente entre varios requisitos, a menudo resulta en un aumento en el rendimiento.

Aumento de la densidad: La virtualización de E/S aumenta la densidad práctica de E/S permitiendo que existan más conexiones en un espacio dado. Esto, a su vez, permite una mayor utilización de servidores de 1U de alto densos y servidores en forma de cuchilla que de otra manera serían limitados por E/S. Los chasis de servidores en forma de cuchilla aumentan la densidad al paquetizar muchos servidores (y por lo tanto muchas conexiones de E/S) en un espacio físico pequeño. La virtualización de E/S consolida todas las conexiones de almacenamiento y red a una única interconexión física, eliminando cualquier restricción física en el número de puertos. La virtualización de E/S también permite la gestión de configuración basada en software, lo que simplifica el control de los dispositivos de E/S. La combinación permite desplegar más puertos de E/S en un espacio dado, facilitando la gestión práctica del entorno resultante.

Véase también
Intel VT-d y AMD-Vi
Intel VT-x
PCI-SIG I/O virtualización
x86 virtualización

Referencias