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Implantación de

soluciones de alta

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Raquel Castellanos Crespo

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INDICE

Alta disponibilidad

Concepto

Funcionamiento ininterrumpido

Integridad de datos y recuperación de servicio

Soluciones de alta disponibilidad

Servidores redundantes. RAID

Sistemas de <<clusters>>

SAN, NAS, FiberChannel

Balanceadores de carga

Instalación y configuración de soluciones de alta disponibilidad

Virtualización de sistemas:

Posibilidades de la virtualizacion de sistemas

Herramientas de la virtualizacion

Configuracion y utilización de maquinas virtuales

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Concepto de alta disponibilidad

Alta disponibilidad (High availability) es un protocolo de diseño del sistema y su

implementación asociada que asegura un cierto grado absoluto de continuidad

operacional durante un período de medición dado. Disponibilidad se refiere a la

habilidad de la comunidad de usuarios para acceder al sistema, someter nuevos trabajos,

actualizar o alterar trabajos existentes o recoger los resultados de trabajos previos. Si un

usuario no puede acceder al sistema se dice que está no disponible.

Funcionamiento ininterrumpido

Típicamente tiempo de inactividad planificado es un resultado del mantenimiento que es

perjudicial para la operación del sistema y usualmente no puede ser evitado con la

configuración del sistema actualmente instalada. Eventos que generan tiempos de

inactividad planificados quizás incluyen parches al software del sistema que requieran

un rearranque o cambios en la configuración del sistema que toman efecto después de

un rearranque. En general el tiempo de inactividad planificado es usualmente el

resultado de un evento lógico o de gestión iniciado. Tiempos de inactividad no

planificado surgen de algún evento físico tales como fallos en el hardware o anomalías

ambientales. Ejemplos de eventos con tiempos de inactividad no planificados incluyen

fallos de potencia, fallos en los componentes de CPU o RAM, una caída por

recalentamiento, una ruptura lógica o física en las conexiones de red, rupturas de

seguridad catastróficas o fallos en el sistema operativo, aplicaciones y middleware.

Muchos puestos computacionales excluyen tiempo de inactividad planificado de los

cálculos de disponibilidad, asumiendo, correcta o incorrectamente, que el tiempo de

actividad no planificado tiene poco o ningún impacto sobre la comunidad de usuarios

computacionales. Excluyendo tiempo de inactividad planificado, muchos sistemas

pueden reclamar tener alta disponibilidad fenomenal, la cual da la ilusión de

disponibilidad continua. Sistemas que exhiben verdadera disponibilidad continua son

comparativamente raros y caros, y ellos tienen diseños cuidadosamente implementados

que eliminan cualquier punto de fallo y permiten que el hardware, la red, el sistema

operativo, middleware y actualización de aplicaciones, parches y reemplazos se hagan

en línea.

Integridad de datos y recuperación de servicio

Tolerancia a errores

Dado que las fallas no se pueden evitar por completo, existe una solución que consiste

en configurar mecanismos de redundancia duplicando los recursos críticos. La

capacidad de un sistema para funcionar a pesar de que alguno de sus componentes falle

se conoce como tolerancia a errores. Cuando uno de los recursos falla, los otros

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recursos siguen funcionando mientras los administradores del sistema buscan una

solución al problema. Esto se llama "Servicio de protección contra fallas" (FOS).

Idealmente, si se produce una falla material, los elementos del material defectuoso

deben ser intercambiables en caliente, es decir, capaces ser extraídos y reemplazados sin

que se interrumpa el servicio.

Tiempo de recuperación

Tiempo de recuperación esta cercanamente relacionado con la disponibilidad, que es el

tiempo total requerido para un apagón planificado o el tiempo requerido para la

recuperación completa de un apagón no planificado. Tiempo de recuperación puede ser

infinito con ciertos diseños y fallos del sistema, recuperación total es imposible. Uno de

tales ejemplos es un incendio o inundación que destruye un centro de datos y sus

sistemas cuando no hay un centro de datos secundario para recuperación frente a

desastres.

Disponibilidad de Datos

Es el grado para el cual las bases de datos y otros sistemas de almacenamiento de la

información que registran y reportan fielmente transacciones del sistema. Especialistas

de gestión de la información frecuentemente enfocan separadamente la disponibilidad

de datos para determinar perdida de datos aceptable o actual con varios eventos de

fracasos. Algunos usuarios pueden tolerar interrupciones en el servicio de aplicación

pero no perdida de datos

Copia de seguridad

La configuración de una arquitectura redundante asegura la disponibilidad de los datos

del sistema pero no los protege de los errores cometidos por los usuarios ni de desastres

naturales, tales como incendios, inundaciones o incluso terremotos. Por lo tanto, es

necesario prever mecanismos de copia de seguridad (lo ideal es que sean remotos) para

garantizar la continuidad de los datos. Además, un mecanismo de copia de seguridad

también se puede utilizar para almacenar archivos, es decir, para guardar datos en un

estado que corresponda a una cierta fecha.

Servidores redundantes RAID

En ingeniería de computadores, son aquellos en los que se repiten aquellos datos o

hardware de carácter crítico que se quiere asegurar ante los posibles fallos que puedan

surgir por su uso continuado.

Se presenta como una solución a los problemas de protección y confiabilidad. Este tipo

de sistemas se encarga de realizar el mismo proceso en más de una estación, ya que si

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por algún motivo alguna dejara de funcionar o colapsara, inmediatamente otro tendría

que ocupar su lugar y realizar las tareas del anterior.

Las técnicas de redundancia han sido usadas por la industria militar y aerospacial por

muchos años para alcanzar una alta confiabilidad. Una base de datos replicada es un

ejemplo de sistema distribuido redundante.

En informática , el acrónimo RAID (del inglés «conjunto redundante de discos

independientes», anteriormente conocido como Redundant Array of Inexpensive

Disks, «conjunto redundante de discos baratos») hace referencia a un sistema de

almacenamiento que usa múltiples discos duros o SSD entre los que se distribuyen o

replican los datos. Dependiendo de su configuración (a la que suele llamarse «nivel»),

los beneficios de un RAID respecto a un único disco son uno o varios de los siguientes:

mayor integridad, mayor tolerancia a fallos, mayor throughput (rendimiento) y mayor

capacidad. En sus implementaciones originales, su ventaja clave era la habilidad de

combinar varios dispositivos de bajo coste y tecnología más antigua en un conjunto que

ofrecía mayor capacidad, fiabilidad, velocidad o una combinación de éstas que un solo

dispositivo de última generación y coste más alto.

Los niveles RAID más comúnmente usados son:

RAID 0: Conjunto dividido

RAID 1: Conjunto en espejo

RAID 5: Conjunto dividido con paridad distribuida

RAID 0 (Data Striping)

Un RAID 0 (también llamado conjunto dividido, volumen dividido o volúmen

seccionado) distribuye los datos equitativamente entre dos o más discos sin información

de paridad que proporcione redundancia. Es importante señalar que el RAID 0 no era

uno de los niveles RAID originales y que no es redundante. El RAID 0 se usa

normalmente para incrementar el rendimiento, aunque también puede utilizarse como

forma de crear un pequeño número de grandes discos virtuales a partir de un gran

número de pequeños discos físicos.

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RAID 1

Un RAID 1 crea una copia exacta (o espejo) de un conjunto de datos en dos o más

discos. Esto resulta útil cuando el rendimiento en lectura es más importante que la

capacidad. Un conjunto RAID 1 sólo puede ser tan grande como el más pequeño de sus

discos. Un RAID 1 clásico consiste en dos discos en espejo, lo que incrementa

exponencialmente la fiabilidad respecto a un solo disco; es decir, la probabilidad de

fallo del conjunto es igual al producto de las probabilidades de fallo de cada uno de los

discos (pues para que el conjunto falle es necesario que lo hagan todos sus discos).

RAID 3

Un RAID 3 usa división a nivel de bytes con un disco de paridad dedicado. El RAID 3

se usa rara vez en la práctica. Uno de sus efectos secundarios es que normalmente no

puede atender varias peticiones simultáneas, debido a que por definición cualquier

simple bloque de datos se dividirá por todos los miembros del conjunto, residiendo la

misma dirección dentro de cada uno de ellos. Así, cualquier operación de lectura o

escritura exige activar todos los discos del conjunto, suele ser un poco lento porque se

producen cuellos de botella. Son discos paralelos pero no son independientes (no se

puede leer y escribir al mismo tiempo).

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RAID 5

Un RAID 5 usa división de datos a nivel de bloques distribuyendo la información de

paridad entre todos los discos miembros del conjunto. El RAID 5 ha logrado

popularidad gracias a su bajo coste de redundancia. Generalmente, el RAID 5 se

implementa con soporte hardware para el cálculo de la paridad. RAID 5 necesitará un

mínimo de 3 discos para ser implementado.

Sistemas de <<clusters>>

El término cluster (a veces españolizado como clúster) se aplica a los conjuntos o

conglomerados de computadoras construidos mediante la utilización de hardwares

comunes y que se comportan como si fuesen una única computadora.

Hoy en día desempeñan un papel importante en la solución de problemas de las

ciencias, las ingenierías y del comercio moderno.

La tecnología de clústeres ha evolucionado en apoyo de actividades que van desde

aplicaciones de supercómputo y software de misiones críticas, servidores web y

comercio electrónico, hasta bases de datos de alto rendimiento, entre otros usos.

El cómputo con clústeres surge como resultado de la convergencia de varias tendencias

actuales que incluyen la disponibilidad de microprocesadores económicos de alto

rendimiento y redes de alta velocidad, el desarrollo de herramientas de software para

cómputo distribuido de alto rendimiento, así como la creciente necesidad de potencia

computacional para aplicaciones que la requieran.

Simplemente, un clúster es un grupo de múltiples ordenadores unidos mediante una red

de alta velocidad, de tal forma que el conjunto es visto como un único ordenador, más

potente que los comunes de escritorio.

Los clústeres son usualmente empleados para mejorar el rendimiento y/o la

disponibilidad por encima de la que es provista por un solo computador típicamente

siendo más económico que computadores individuales de rapidez y disponibilidad

comparables.

De un clúster se espera que presente combinaciones de los siguientes servicios:

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1. Alto rendimiento

2. Alta disponibilidad

3. Balanceo de carga

4. Escalabilidad

Un clúster de alta disponibilidad es un conjunto de dos o más máquinas que se

caracterizan por mantener una serie de servicios compartidos y por estar constantemente

monitorizándose entre sí. Podemos dividirlo en dos clases:

Alta disponibilidad de infraestructura: Si se produce un fallo de hardware en alguna

de las máquinas del cluster, el software de alta disponibilidad es capaz de arrancar

automáticamente los servicios en cualquiera de las otras máquinas del cluster (failover).

Y cuando la máquina que ha fallado se recupera, los servicios son nuevamente migrados

a la máquina original (failback). Esta capacidad de recuperación automática de servicios

nos garantiza la alta disponibilidad de los servicios ofrecidos por el cluster,

minimizando así la percepción del fallo por parte de los usuarios.

Alta disponibilidad de aplicación: Si se produce un fallo del hardware o de las

aplicaciones de alguna de las máquinas del cluster, el software de alta disponibilidad es

capaz de arrancar automáticamente los servicios que han fallado en cualquiera de las

otras máquinas del cluster. Y cuando la máquina que ha fallado se recupera, los

servicios son nuevamente migrados a la máquina original. Esta capacidad de

recuperación automática de servicios nos garantiza la integridad de la información, ya

que no hay pérdida de datos, y además evita molestias a los usuarios, que no tienen por

qué notar que se ha producido un problema.

No hay que confundir un cluster de alta disponibilidad con un cluster de alto

rendimiento. El segundo es una configuración de equipos diseñado para proporcionar

capacidades de cálculo mucho mayores que la que proporcionan los equipos

individuales (véanse por ejemplo los sistemas de tipo Cluster Beowulf), mientras que el

primer tipo de cluster está diseñado para garantizar el funcionamiento ininterrumpido de

ciertas aplicaciones.

Cálculo de la Disponibilidad

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En un sistema real, si falla uno de los componentes, es reparado o sustituido por un

nuevo componente. Si este nuevo componente falla, es sustituido por otro, y así

sucesivamente. El componente fijo se considera en el mismo estado que un nuevo

componente. Durante su vida útil, uno de los componentes pueden ser considerado en

uno de estos estados: Funcionando o en Reparación. El estado funcionando indica que

el componente está operacional y el en reparación significa que ha fallado y todavía no

ha sido sustituido por un nuevo componente.

En caso de defectos, el sistema va de funcionando en modo reparación, y cuando se

hace la sustitución volverá al estado funcionando. Por lo tanto, podemos decir que el

sistema tiene durante su vida, una media de tiempo para presentar fallas (MTTF) y un

tiempo medio de reparación (MTTR). Su tiempo de la vida es una sucesión de MTTFs y

MTTRs, a medida que este va fallando y siendo reparado. El tiempo de vida útil del

sistema es la suma de MTTFs en ciclos MTTF + MTTR ya vividos.

En forma simplificada, se dice que la disponibilidad de un sistema es la relación entre la

duración de la vida útil de este sistema y de su tiempo total de vida. Esto puede ser

representado por la fórmula de abajo:

Disponibilidad = MTTF / (MTTF + MTTR)

SAN, NAS, Fiberchannel

Una red SAN se distingue de otros modos de almacenamiento en red por el modo de

acceso a bajo nivel. El tipo de tráfico en una SAN es muy similar al de los discos duros

como ATA, SATA y SCSI. En otros métodos de almacenamiento, (como SMB o NFS),

el servidor solicita un determinado fichero, p.ej."/home/usuario/wikipedia". En una

SAN el servidor solicita "el bloque 6000 del disco 4". La mayoría de las SAN actuales

usan el protocolo SCSI para acceder a los datos de la SAN, aunque no usen interfaces

físicas SCSI. Este tipo de redes de datos se han utilizado y se utilizan tradicionalmente

en grandes main frames como en IBM, SUN o HP. Aunque recientemente con la

incorporación de Microsoft se ha empezado a utilizar en máquinas con sistemas

operativos Microsoft.

Una SAN es una red de almacenamiento dedicada que proporciona acceso de nivel de

bloque a LUNs. Un LUN, o número de unidad lógica, es un disco virtual proporcionado

por la SAN. El administrador del sistema tiene el mismo acceso y los derechos a la

LUN como si fuera un disco directamente conectado a la misma. El administrador

puede particionar y formatear el disco en cualquier medio que él elija.

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NAS (del inglés Network Attached Storage) es el nombre dado a una tecnología de

almacenamiento dedicada a compartir la capacidad de almacenamiento de un

computador (Servidor) con ordenadores personales o servidores clientes a través de una

red (normalmente TCP/IP), haciendo uso de un Sistema Operativo optimizado para dar

acceso con los protocolos CIFS, NFS, FTP o TFTP.

Generalmente, los sistemas NAS son dispositivos de almacenamiento específicos a los

que se accede desde los equipos a través de protocolos de red (normalmente TCP/IP).

También se podría considerar un sistema NAS a un servidor (Linux, Windows, ...) que

comparte sus unidades por red, pero la definición suele aplicarse a sistemas específicos.

Los protocolos de comunicaciones NAS están basados en ficheros por lo que el cliente

solicita el fichero completo al servidor y lo maneja localmente, están por ello orientados

a información almacenada en ficheros de pequeño tamaño y gran cantidad. Los

protocolos usados son protocolos de compartición de ficheros como NFS o Microsoft

Common Internet File System (CIFS).

El canal de fibra (del inglés fibre channel) es una tecnología de red utilizada

principalmente para redes de almacenamiento, disponible primero a la velocidad de

1 Gbps y posteriormente a 2, 4 y 8 Gbps.

El canal de fibra está estandarizado por el Comité Técnico T11 del INITS (Comité

Internacional para Estándares de Tecnologías de la Información), acreditado por el

ANSI (Instituto Nacional de Estándares Estadounidenses).

Nació para ser utilizado principalmente en el campo de la supercomputación, pero se ha

convertido en el tipo de conexión estándar para redes de almacenamiento en el ámbito

empresarial. A pesar de su nombre, la señalización del canal de fibra puede funcionar

tanto sobre pares de cobre, como sobre cables de fibra óptica.

El FCP (protocolo del canal de fibra) es el protocolo de interfaz de SCSI sobre fibre

channel.

Balanceadores de carga

Un balanceador de carga fundamentalmente es un dispositivo de hardware o software

que se pone al frente de un conjunto de servidores que atienden una aplicación y, tal

como su nombre lo indica, asigna o balancea las solicitudes que llegan de los clientes a

los servidores usando algún algoritmo (desde un simple Round Robin hasta algoritmos

más sofisticados).

Balance de carga en servidores web

Uno de los principales problemas de los mayores sitios web en Internet es cómo

gestionar las solicitudes de un gran número de usuarios. Se trata de un problema de

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escalabilidad que surge con el continuo crecimiento del número de usuarios activos en

el sistema.

Este servicio se puede brindar tanto con un enrutador como con una computadora con

dos placas de red y software específico.

Hay balanceadores de carga tipo round-robin (uno a uno) y por pesos (que son capaces

de saber cuál de los nodos está más libre y lanzarle la petición). El más conocido es

LVS, sin embargo hay otros, como el Red Hat Piranha.

Y en la plataforma para Windows Server se tiene al ISA Server (Microsoft Internet

Security and Acceleration Server).

Existen softwares para el balance de carga, como "Wingate" en donde se pueden añadir

dos redes y no es tan dificil de configurar.

Cluster de balanceo de carga

Un clúster de balanceo de carga o de cómputo adaptativo está compuesto por uno o

más ordenadores (llamados nodos) que actúan como frontend del cluster, y que se

ocupan de repartir las peticiones de servicio que reciba el cluster, a otros ordenadores

del cluster que forman el back-end de éste. Un tipo concreto de cluster cuya función es

repartir la carga de proceso entre los nodos en lugar de los servicios es el cluster

openMosix.

Las características más destacadas de este tipo de cluster son:

Se puede ampliar su capacidad fácilmente añadiendo más ordenadores al cluster.

Robustez. Ante la caída de alguno de los ordenadores del cluster el servicio se

puede ver mermado, pero mientras haya ordenadores en funcionamiento, éstos

seguirán dando servicio

Diseño de un sistema de alta disponibilidad

Paradójicamente, añadiendo más componentes al sistema total puede socavar esfuerzos

para lograr alta disponibilidad. Esto es debido a que sistemas complejos tienen

inherentemente más puntos de fallos potenciales y son más difíciles de implementar

correctamente. La mayoría de los sistemas altamente disponibles extraen a un patrón de

diseño simple: un sistema físico multipropósito simple de alta calidad con redundancia

interna comprensible ejecutando todas las funciones interdependientes emparejadas con

un segundo sistema en una localización física separada. Este clásico patrón de diseño es

común entre instituciones financieras por ejemplo. La industria de la informática y las

comunicaciones ha establecido el Servicio Forum de la Disponibilidad acogerá la

creación de productos de infraestructura de red, servicios y sistemas de alta

disponibilidad. El mismo principio de diseño básico se aplica más allá de la informática

en diversos campos como potencia nuclear, aeronáutica y cuidados médicos.

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Posibilidades de la virtualización de sistemas

En Informática, virtualización es la creación -a través de software- de una versión

virtual de algún recurso tecnológico, como puede ser una plataforma de hardware, un

sistema operativo, un dispositivo de almacenamiento u otros recursos de red.1

Dicho de otra manera, se refiere a la abstracción de los recursos de una computadora,

llamada Hypervisor o VMM (Virtual Machine Monitor) que crea una capa de

abstracción entre el hardware de la máquina física (host) y el sistema operativo de la

máquina virtual (virtual machine, guest), dividiéndose el recurso en uno o más entornos

de ejecución.

Esta capa de software (VMM) maneja, gestiona y arbitra los cuatro recursos principales

de una computadora (CPU, Memoria, Almacenamiento y Conexiones de Red) y así

podrá repartir dinámicamente dichos recursos entre todas las máquinas virtuales

definidas en el computador central. Esto hace que se puedan tener varios ordenadores

virtuales ejecutándose en el mismo ordenador físico.

Ventajas de la Virtualización

Reutilización de hardware existente (para utilizar software más moderno) y

optimizar el aprovechamiento de todos los recursos de hardware.6

Rápida incorporación de nuevos recursos para los servidores virtualizados.

Reducción de los costes de espacio y consumo necesario de forma proporcional

al índice de consolidación logrado (Estimación media 10:1).

Administración global centralizada y simplificada.

Nos permite gestionar nuestro CPD como un pool de recursos o agrupación de

toda la capacidad de procesamiento, memoria, red y almacenamiento disponible

en nuestra infraestructura

Mejora en los procesos de clonación y copia de sistemas: Mayor facilidad para

la creación de entornos de test que permiten poner en marcha nuevas

aplicaciones sin impactar a la producción, agilizando el proceso de las pruebas.

Aislamiento: un fallo general de sistema de una máquina virtual no afecta al

resto de máquinas virtuales.

Mejora de TCO y ROI.

No sólo aporta el beneficio directo en la reducción del hardware necesario, sino

también los costes asociados.

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Reduce los tiempos de parada.

Migración en caliente de máquinas virtuales (sin pérdida de servicio) de un

servidor físico a otro, eliminando la necesidad de paradas planificadas por

mantenimiento de los servidores físicos.

Balanceo dinámico de máquinas virtuales entre los servidores físicos que

componen el pool de recursos, garantizando que cada máquina virtual ejecute en

el servidor físico más adecuado y proporcionando un consumo de recursos

homogéneo y óptimo en toda la infraestructura.

Contribución al medio ambiente -Green IT- por menor consumo de energía en

servidores físicos.

Programas útiles para virtualizar sistemas operativos

Como todos conocemos existen dos tipos de programas: los que son de pago y los que

no. Dentro de los programas de pago encontramos el VMware, que es uno de los

referentes en el mercado, como así también Windows Server 2008 R2 Hyper-V cuya

función de virtualización está incluida sin cargo en la licencia del servidor. Existe una

versión más básica de VMWare que es gratuita, VMware Player, que permite virtualizar

a través de una máquina virtual ya configurada. También existen webs que nos permiten

rellenar un formulario y descargarnos nuestra máquina virtual a nuestro gusto como

EasyVMX! Parallels Virtuozzo Containers, es otro de los programas de pago más

famosos, que permite la virtualización a nivel de sistema operativo o hardware Parallels

Bare Metal. Típicamente suele emplearse para virtualizar Windows y, en menor medida,

GNU/Linux. Dentro de los programas gratuitos tenemos el Virtual PC de Microsoft, que

es un producto de Windows, compatible con versiones avanzadas de XP, Vista y

Windows 7.

Dentro de los programas de código libre están el Xen, OpenVZ y VirtualBox, que

funcionan tanto en Mac OS, en Windows como en GNU/Linux y todos permiten

virtualizar los tres sistemas operativos más famosos.

Configuración y utilización de máquinas virtuales.

Hay mucho software de este tipo: Vmware (workstation, server, player), VirtualBox,

VMXBuilder, Virtual PC, Virtual Server, Qemu. En nuestro caso vamos a utilizar

VMWare Workstation. Sistemas operativos soportados: prácticamente cualquier versión

de Microsoft, Linux, Mac, Solaris, etc, tanto x86 como x64. (Nota: para probar un S.O

X64 virtual debemos tener instalado un x64 real.) Requerimientos hardware: lo ideal es

disponer de mucha memoria RAM, un procesador rápido y un disco duro de gran

capacidad. También es recomendable trabajar con micros Intel y sistemas de archivos

NTFS.

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Al empezar podemos elegir tres opciones:

NEW VIRTUAL MACHINE: Nos da la opción de crear una nueva máquina virtual a

través de una ISO o del propio disco, además podemos configurar el tamaño del disco

duro, el de la RAM, con que red vamos a trabajar, etc…

NEW TEAM: Podemos crear varias maquinas virtuales y unirlas en una red interna.

OPEN EXISTING VM OR TEAM: Con esta opción podemos abrir la maquina virtual

desde cualquier carpeta, disco duro externo o usb.

Puedes parar la maquina, ponerla e funcionamiento, reiniciarla y muchas cosas mas.

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