Contenedores e Hiperconvergencia

En las entradas intituladas "Antes de entender Contenedores, entendamos Microservicios", "Guía esencial de contenedores" y "Pronóstico de Crecimiento en Ingresos para Software y Servicios de Gestión de Contenedores" ya abordamos con cierto detalle todo lo que es y las expectativas económicas de este hijo dilecto de la Transformación Digital. Ahora abordamos un tema que, a petición de algunos de nuestros seguidores en redes sociales, así como también lectores de este Blog Tecnológico, nos han solicitado.

También en este Blog Tecnológico hemos hablado acerca de la Virtualización, la Hiperconvergencia, cómo ambas son un cimiento para la implementación de los Centros de Datos Definidos por Software y por ende, la Nube Privada en lo que respecta a Infraestructura como un Servicio. Ahora compartimos cómo Nutanix ha resuelto entrar por la puerta grande en los Microservicios y los Contenedores.

Descripción general de Nutanix Enterprise Cloud

Nutanix ofrece una solución de infraestructura hiperconvergente a escala web especialmente diseñada para entornos de virtualización y nube (privada y pública). Esta solución brinda a las empresas, organizaciones e instituciones la escalabilidad, la capacidad de recuperación y los beneficios económicos de la arquitectura que se requiere hoy, a través de Nutanix Enterprise Cloud Platform, constituida por tres familias de productos: Nutanix Acropolis, Nutanix Prism y Nutanix Calm.

Los atributos de este sistema operativo Enterprise Cloud incluyen:

• Optimización de almacenamiento y recursos informáticos (procesador, memoria y red).
• Aprendizaje automático para planificar y adaptarse automáticamente a las condiciones cambiantes.
• Autorreparación para tolerar y adaptarse a fallas de componentes.
• Automatización basada en APIs y análisis exhaustivos.
• Actualización simplificada "a un clic".
• Servicios de archivos nativos para datos de usuarios y aplicaciones.
• Soluciones nativas de respaldo y recuperación ante desastres.
• Virtualización potente y rica en funciones.
• Redes flexibles definidas por software, para garantizar visualización, automatización y seguridad.
• Automatización en la nube y gestión del ciclo de vida.

Para comenzar es menester mencionar que Nutanix Acropolis proporciona servicios de datos, que utiliza para ello a tres pilares fundamentales que son: Distributed Storage Fabric (DSF), Application Mobility Fabric (AMF) y Acrópolis Hipervisor (AHV).

Prism (la Interfaz Gráfica de Usuario) proporciona todo lo necesario para la tener visibilidad y administración de infraestructura "a un solo clic" para entornos virtuales que se ejecutan en Acropolis. Acropolis es holístico del hipervisor y admite dos hipervisores de terceros como son: VMware ESXi, Microsoft Hyper-V y Xen, además del hipervisor nativo de Nutanix. Acropolis Hipervisor (AHV).

Arquitectura de la Acrópolis de Nutanix

Acropolis no depende del almacenamiento en red como son SAN o NAS, ni de las costosas infraestructura e interconexiones de red de almacenamiento. Combina almacenamiento altamente denso y cómputo del servidor (CPU y RAM) en un solo bloque de construcción de la plataforma. Cada bloque de construcción ofrece una arquitectura unificada, escalable, nada compartido y sin puntos únicos de falla.

La solución de Nutanix no requiere elementos típicos de una SAN como LUNs, arreglos RAID o caros switches para almacenamiento. Toda la gestión de almacenamiento está centrada en las Máquinas Virtuales (VMs) y la E/S está optimizada en el nivel de disco virtual de las VMs. La solución de software se ejecuta en nodos que pueden ser de una variedad de fabricantes, que son que pueden ser totalmente flash (SSD) para un rendimiento óptimo o una combinación híbrida de SSD y HDD que proporciona una combinación de rendimiento y capacidad adicional. El almacenamiento se basa en el Distributed Storage Fabric (DSF) que clasifica automáticamente los datos a través del clúster a diferentes clases de dispositivos de almacenamiento, utilizando algoritmos inteligentes de colocación de datos. Para obtener el mejor rendimiento, los algoritmos aseguran que los datos utilizados con más frecuencia estén disponibles en la memoria o en la memoria flash en el nodo local de la VM.

Tecnología de contenedores Docker

Es muy fácil comenzar en Docker. La instalación de un solo paquete de Linux proporciona tanto el programa cliente Docker como el demonio Docker. La arquitectura de dos niveles, que se muestra en la figura siguiente, utiliza una utilidad de cliente de línea de comandos de Docker que se comunica directamente con un proceso de demonio de Docker que puede ser local o remoto. El demonio Docker a su vez se comunica con el índice Docker ascendente.

Docker proporciona un índice público o repositorio, llamado Docker Hub, que le brinda acceso a imágenes base estándar para una variedad de distribuciones de Sistema Operativo y aplicaciones comunes.

La tecnología Docker se basa en un ciclo de vida de construcción-distribución-ejecución:

• Imágenes de Docker (componente de compilación)
  
  Un contenedor Docker consta de cualquier número de capas de aplicación de solo lectura, superpuestas en una capa de imagen del sistema operativo base utilizando un sistema de archivos de unión (union fliesystem). Una vez incluidas, estas capas forman una nueva imagen. La disposición del sistema de archivos de unión permite a Docker compartir archivos binarios y bibliotecas entre múltiples contenedores.
  
  
• Registros de Docker (componente de distribución)
  
  Los usuarios pueden optar por implementar registros privados o públicos para almacenar imágenes. Estas imágenes pueden ser imágenes preexistentes de Docker Hub o las imágenes internas específicas de compilación del usuario.
  
  Alternativamente, puede descargar imágenes que otros usuarios han creado. El cliente Docker puede buscar repositorios de imágenes y enviar imágenes a cualquier combinación de repositorios públicos o privados seguros.
  
  
•  Contenedores Docker (componente de ejecución)
  
  Un contenedor se ejecuta desde su imagen subyacente de solo lectura. Esta imagen reutilizable contiene datos sobre los detalles de configuración, la aplicación que debe iniciar, etc. Cuando Docker agrega la capa del sistema de archivos de unión de lectura-escritura a la imagen que forma el contenedor, la aplicación puede ejecutarse en ese contenedor.

Los contenedores Docker proporcionan virtualización a nivel de sistema operativo utilizando API expuestas por las bibliotecas de contenedores "containerd" y "runC". "Containerd" es en sí mismo un "tiempo de ejecución" de contenedor liviano, utiliza "runC", que es un formato de contenedor compatible con "Open Container Project" que se ha convertido en el estándar de facto de Open Container Initiative (OCI). Estas API proporcionan una interfaz estándar para las características de contención del kernel de Linux, como espacios de nombres y cgroups (grupos de control).

Por ejemplo, puede usar dichas funciones para crear un entorno aislado, y administrar los derechos de CPU y RAM de los contenedores respectivamente. Los contenedores son livianos y pueden compartir recursos como los binarios y bibliotecas del sistema, pero también están protegidos para que no interfieran entre sí.

Beneficios de Docker en Acropolis Hipervisor (AHV)

La pila de contenedores Docker y AHV se complementan entre sí para proporcionar una solución informática flexible y eficiente, para ejecutar arquitecturas de contenedores de microservicios. Esta combinación reduce tiempos de valor, al proporcionar una facilidad de uso sin igual, liberando a los clientes para centrarse en las aplicaciones e impulsando la innovación en sus organizaciones. La implementación de aplicaciones en el cómputo y el almacenamiento convergentes en una solución "llave en mano" de Nutanix, garantiza que su infraestructura se vuelva realmente invisible: no más recursos desperdiciados, planificación y mantenimiento de la infraestructura.

Algunos de los principales beneficios de ejecutar contenedores Docker en AHV incluyen:

• Flujos de trabajo de aprovisionamiento similares a la nube para soportar la escala elástica. Fundamos la plataforma de computación Nutanix en principios de escala web que proporcionan escalabilidad fácil y rendimiento lineal predecible. La plataforma habilita la escala horizontal, lo que le permite expandir el clúster Nutanix de un nodo a la vez. Los clientes desean escalar y aprovisionar a la misma velocidad a la que implementan contenedores. Con este fin, Nutanix Prism optimiza las operaciones de administración de VM de nivel de consumidor para que sean operaciones de un solo clic.

• Soporte para ciclos de vida de aplicaciones híbridas.
  
  La capacidad de ejecutar la imagen final en entornos de nube híbrida es la característica clave del ensamblaje y la implementación de la aplicación que admite tanto el desarrollo continuo como la integración. Nutanix App Mobility Fabric permite a todos los interesados ​​en la cadena de entrega de DevOps ubicar aplicaciones basadas en un requisito de elasticidad o previsibilidad. App Mobility Fabric reduce los costos operativos asociados a medida que las organizaciones avanzan hacia infraestructuras adaptativas mientras utilizan un enfoque de software más ágil para comprimir los tiempos de los ciclos de lanzamiento.
  
  
• Agrupación de almacenamiento en niveles y localidad de datos
  
  Al mantener los conjuntos de trabajo de VM en los niveles de almacenamiento respaldados por SSD más eficaces, la plataforma Nutanix puede ofrecer E / S de alto rendimiento en todas las cargas de trabajo de aplicaciones basadas en contenedores. Los CVM de Nutanix proporcionan la localidad de datos utilizando ILM. Las lecturas se satisfacen desde la memoria o SSD; las escrituras van a SSD y luego se drenan en discos giratorios. Todas las operaciones se realizan con preferencia por los datos que provienen del almacenamiento local, en el mismo sistema físico donde se encuentra la VM que accede a él.
  
  
• Los servicios de datos proporcionan la funcionalidad de clonación e instantánea.
  
  Nutanix Acropolis ofrece una variedad de niveles de servicio granular VM con copias de seguridad, recuperación eficiente ante desastres y actualizaciones no disruptivas. Estas características mejoran la disponibilidad de la aplicación al proporcionar copias de seguridad casi instantáneas consistentes en bloqueos utilizando capacidades de instantáneas. Las instantáneas también permiten que la ingeniería y el control de calidad implementen entornos de prueba de alto rendimiento rápidamente con copias clonadas completas de conjuntos de datos de producción.
  
  
• Reducción de la complejidad operativa de la infraestructura.
  
  Reduzca la sobrecarga administrativa en cientos de horas por año al eliminar prácticamente la necesidad de administración de almacenamiento mediante una administración intuitiva, centralizada, centrada en VM y API REST o kits de herramientas PowerShell.
  
  
• Conocimiento profundo del rendimiento
  
  Simplifique la resolución de problemas de rendimiento, resolviendo problemas en minutos a horas versus días y semanas con visibilidad detallada de extremo a extremo de las máquinas virtuales y la infraestructura de la aplicación.

Ejecutando Docker en AHV

Mejores prácticas para la instalación de Docker

La lista completa de procedimientos de instalación para Docker Engine y los componentes del ecosistema asociados está disponible en el sitio web de Docker. Recomendamos pues consultar la documentación de Docker para el flujo de trabajo de instalación, basado en yum para CentOS (distribución de Linux basada en Red Hat Enterprise Linux) que utilizamos para instalar Docker Enterprise Edition (Docker EE).

Aprovisionamiento de máquinas virtuales "dockerizadas"

Nutanix Enterprise Cloud es una plataforma de "back-end" totalmente certificado y compatible, que puede alojar máquinas virtuales que ejecutan "Docker Engine". Al usar "Docker CLI"en un cliente remoto, puede aprovisionar máquinas virtuales de una manera similar a la nube. Estas máquinas virtuales se ajustan al formato Acropolis Hipervisor (AHV), teniendo instalado, habilitado y listo para el arranque el motor Docker necesario. Luego podemos implementar contenedores en la "Máquina Virtual Dockerizeada".

Para obtener más detalles sobre cómo descargar, configurar e instalar el software requerido, consulte la información de Docker en "Nutanix Docker Volume Plugin (DVP)".

Consideraciones de almacenamiento de Docker

El rendimiento de disco de volúmenes lógicos de instantáneas en modalidad "copia en escritura" Docker, recae en los servicios del "sistema de archivos de unión" para combinar varias capas de imágenes de solo lectura, en una sola imagen. Docker luego agrega una capa de lectura y escritura después de haber creado el contenedor a partir de la imagen base. Esta estratificación hace que los contenedores sean muy livianos para correr y rápidos para crear. AUFS, btrfs, zfs, vfs, overlay2 y devicemapper son los controladores de almacenamiento backend actualmente compatibles, que proporcionan servicios de sistema de archivos de unión.

Para esta entrada en el Blog, hemos consideramos el backend de "devicemapper", ya que utiliza el módulo de aprovisionamiento delgado de devicemapper (dm-thinp) para implementar las capas. Su caso de uso determina qué controlador de almacenamiento debe elegir. Nutanix recomienda el modo "directo-lvm" de devicemapper para la mayoría de las implementaciones de producción. Este modo utiliza dispositivos de almacenamiento basados en bloque, para crear el grupo de aprovisionamiento delgado requerido. Sin embargo, dependiendo de las relaciones de lectura y escritura, los tamaños de transferencia de datos, etc., su carga de trabajo de E/S puede beneficiarse al usar uno de los controladores de almacenamiento alternativo mencionados anteriormente.

Asignar bajo demanda

A medida que se escriben nuevos datos en un contenedor respaldado por los volúmenes de aprovisionamiento delgado del backend del "devicemapper", esos datos deben tener un nuevo bloque asignado y asignado al contenedor. En la configuración "directa-lvm", el tamaño de bloque predeterminado es de 64 KB, por lo que una escritura más pequeña que eso todavía asigna un bloque de 64 KB. Podría ver un impacto en el rendimiento si sus contenedores realizan muchas escrituras pequeñas.

Procedimiento de copia en escritura

Al sobrescribir datos en un contenedor, el procedimiento de copia en escritura de mapeador de dispositivos copia los datos de la imagen (o la instantánea de la imagen) al contenedor (o la instantánea del contenedor). Este proceso tiene la misma granularidad de 64 KB que el esquema de asignación de bloques descrito anteriormente. Por ejemplo, las actualizaciones de 32 KB a un archivo de 1 GB dan como resultado la copia de un bloque de 64 KB hasta la capa del contenedor o la instantánea de esa capa. Por el contrario, con los controladores de "almacenamiento basados en el sistema de archivos" (AUFS, btrfs, ZFS), el mismo procedimiento de copia en escritura copiaría todo el archivo de 1 GB hasta la capa del contenedor.

Almacenamiento persistente para contenedores con estado

Para que un contenedor conserve datos, debe configurar un volumen de datos como parte de la especificación de tiempo de ejecución del contenedor. El volumen de datos es un directorio especialmente designado que omite el sistema de archivos de unión en uno o más contenedores.

Los volúmenes se inicializan cuando se crea un contenedor. Si la imagen base del contenedor contiene datos en el punto de montaje especificado, los datos existentes se copian en el nuevo volumen en la inicialización del volumen. Los volúmenes de datos proporcionan varias características útiles para datos persistentes o compartidos:

• Los volúmenes de datos se pueden compartir y reutilizar entre contenedores.
• Los cambios en un volumen de datos se realizan directamente.
• Los cambios en un volumen de datos no se incluyen cuando actualiza una imagen.
• Los volúmenes de datos persisten incluso si elimina el contenedor en sí.

Los volúmenes de datos están diseñados para conservar datos, independientemente del ciclo de vida del contenedor. Docker, por lo tanto, nunca elimina automáticamente los volúmenes cuando elimina un contenedor, ni recolecta basura los volúmenes a los que un contenedor ya no hace referencia.

Para integrar una implementación de Docker Engine con el "Distributed Storage Fabric (DSF)", Nutanix proporciona un complemento de controlador de volumen. Este complemento se implementa en un contenedor separado en un patrón de "sidekick" o "sidecar".

El complemento del controlador de volumen Nutanix, implementa un servidor HTTP que el "daemon o demonio" de Docker Engine puede descubrir. Este servidor expone un conjunto de "Llamadas de Procedimiento Remoto (RPC)" emitidos como solicitudes "HTTP POST" con cargas "Java Script Open Notation (JSON)". Al registrarse en "Docker Engine", el complemento atiende todas las solicitudes de otros contenedores para la creación, montaje, eliminación, etc. de volúmenes. Para crear un volumen persistente, el controlador llama al DSF y proporciona al contenedor solicitante un punto de montaje, o una ruta de escritura hecha del almacenamiento en bloque iSCSI expuesto con un "Nutanix Volume Group (VG)".

Implementación de Nutanix Volume Driver y Nutanix Docker Volume Plug-In

"Nutanix Volume Driver" recibió el estado de "Docker’s Enterprise Technology Partner (ETP)". Para usar el Nutanix Volume Driver para contenedores Docker, asegúrese de haber creado un contenedor de almacenamiento Nutanix en Prism o usando el "Nutanix Command Line Interface (nCLI)". Nutanix recomienda crear un contenedor separado para Imágenes ISOs e imágenes de Disco y ejecutar máquinas virtuales en otro contenedor.

Nutanix también ofrece un controlador de volumen basado en "Docker Volume API v2". Junto con las instrucciones de instalación y configuración, este controlador está disponible en la "tienda Docker" como "Nutanix Docker Volume Plug-In (DVP)". Puede usar el DVP con o sin el controlador de la máquina acoplable. Recomendamos usar el DVP (que tiene certificación Docker) cuando se ejecutan contenedores que requieren almacenamiento persistente en Nutanix.

Conclusión

Nutanix Enterprise Cloud y Acropolis Hipervisor proporcionan los más poderosos cimientos para las capacidades comprobadas de la pila de tecnología Docker. Nutanix agiliza y mejora tanto la configuración de la infraestructura de almacenamiento, como la implementación general. La solución Docker en Nutanix proporciona una plataforma única y distribuida que permite que las implementaciones se escalen linealmente, de forma modular, con un rendimiento predecible. Nutanix elimina la necesidad de entornos complejos de "Redes de Almacenamiento (SAN)" o "Dispositivos de Almacenamiento Conectados a la Red (NAS)".

La integración de Nutanix Docker para el almacenamiento persistente garantiza la seguridad y el aislamiento al ejecutar sus contenedores en máquinas virtuales, protegiendo su base instalada. Nutanix ahora es un objetivo reconocido para Docker Machine, y cada Máquina Virtual está habilitada con Docker Engine para la implementación inmediata de contenedores. 

Los contenedores con estado que se ejecutan en Máquinas Virtuales conservan la persistencia y movilidad de los datos, ya que el "Distributed Storage Fabric (DSF)" se convierte en la fuente de todos los volúmenes de datos de Docker. El almacenamiento persistente en el DSF permite que los volúmenes de datos existan independientemente de la especificación de tiempo de ejecución del contenedor, por lo que puede usarlos como recursos de primera clase. 

Asegurarse de que siempre acceda a los conjuntos de trabajo de Máquinas Virtuales desde los niveles de almacenamiento de mayor rendimiento, logra la mejor taza de Entradas/Salidas. Un nivel dinámico de toda la plataforma mantiene una baja latencia de Entradas/Salidas y un perfil de respuesta para sus implementaciones de contenedores de microservicios.

La gestión de máquinas virtuales anfitrionas de Docker en Prism, agiliza las instantáneas y los clones para crear entornos de prueba y control de calidad con datos de estilo de producción de forma rápida y sencilla. La Interface Gráfica de Usuario "Nutanix Prism" también proporciona descripciones generales del estado del clúster, análisis de rendimiento de la pila completa, alertas de hardware y software, utilización del almacenamiento y soporte remoto automatizado.

Juntos, Nutanix y Acropolis Hipervisor proporcionan una infraestructura invisible de "toque cero", lo que le permite aprovechar al máximo las aplicaciones comerciales críticas, al implementarlas como microservicios en contenedores a través de Máquinas Virtuales Dockerizadas. De esta manera, los departamentos de Tecnologías de la Información pasan menos tiempo en el centro de datos y más tiempo innovando para ayudar al negocio.

¿Qué sigue?

Posteriormente en otra entrada hablaremos de Nutanix Karbon. Una distribución certificada por Kubernetes de nivel empresarial que simplifica el aprovisionamiento, las operaciones y la gestión del ciclo de vida de Kubernetes, con una experiencia nativa de Kubernetes y que simplifica la implementación de un clúster de Kubernetes de alta disponibilidad, así como la operación de cargas de trabajo a escala web.