¿Qué significa la métrica de rendimiento IOPS en dispositivos de almacenamiento?

Si estás evaluando soluciones de almacenamiento para tu empresa, verás el término “IOPS” en muchos sitios web y catálogos de proveedores. Por ejemplo, la serie de almacenamiento NetApp All-Flash-Array AFF8000 indica que puede procesar hasta 4.000.000 de IOPS.

Si le preguntas a uno de tus ingenieros qué significa IOPS, podría responder: "IOPS significa Input/Output Operations Per Second y se refiere al número de operaciones de entrada y salida que se pueden procesar por segundo".

Aunque esta definición es básica, no profundiza en cómo los IOPS impactan el rendimiento del almacenamiento.

En este artículo, vamos a explorar en detalle qué son los IOPS y cómo esta métrica influye en la elección de soluciones de almacenamiento, proporcionando conocimientos valiosos para aquellos interesados en entender mejor esta tecnología.

El acrónimo 'IO' en IOPS se desglosa en Input (entrada) y Output (salida). ¿Qué significan exactamente estos términos?

En términos simples, se refieren a las operaciones de datos de “escritura” y “ lectura”.

En términos simples, Input se refiere a la “escritura” de datos desde un servidor hacia un almacenamiento. Output, por otro lado, implica la “lectura” de datos desde un almacenamiento cuando un servidor accede a ellos o los transfiere a otro lugar.

Varios aspectos deben tenerse en cuenta:

Primero, Input y Output se refieren a acciones individuales de escritura y lectura, respectivamente, y no al proceso completo. Por ejemplo, si los datos se escriben desde un servidor en un almacenamiento y luego se leen nuevamente, esto se considera como dos operaciones I/O separadas: una Input y una Output.

Además, es crucial distinguir claramente entre los datos de Input y Output. Input se limita a los datos escritos en un almacenamiento, mientras que Output, se refiere únicamente a los datos leídos desde un almacenamiento.

Estas distinciones terminológicas son importantes para clasificar y comprender correctamente los IOPS como métrica de rendimiento de entrada y salida. Solo cuando Input y Output se diferencian claramente, se puede evaluar adecuadamente el rendimiento de un sistema de almacenamiento para solicitudes de lectura y escritura.

Ahora que conocemos el significado de Input y Output, definamos con más precisión qué son los IOPS.

Los IOPS miden cuántas operaciones de entradas/salidas puede manejar un sistema de almacenamiento cada segundo. Principalmente, se cuentan las operaciones básicas de lectura y escritura, ya que son determinantes para la mayoría de las cargas de trabajo.

Los patrones de acceso aleatorio, que se refieren a la manera en que los datos se leen y escriben de forma no secuencial en un sistema de almacenamiento, generalmente no se incluyen en el cálculo de los IOPS debido a su variabilidad en latencia y ancho de banda. Sin embargo, los IOPS en operaciones secuenciales, que son maneras más simples de leer y escribir datos, ya proporcionan una buena indicación del rendimiento básico de entrada y salida, I/O.

Cuanto menor sea la latencia promedio de un sistema para las operaciones de lectura y escritura, mayores serán generalmente los valores de IOPS alcanzados. Por ejemplo, un sistema con una latencia de 1 milisegundo teóricamente podría alcanzar 1.000 IOPS. En la práctica, sin embargo, los valores de IOPS también dependen de muchos otros factores como la distribución de la carga de trabajo, el comportamiento del caché o la ejecución paralela de operaciones.

Para aplicaciones que requieren un alto rendimiento de datos, como las bases de datos transaccionales en línea, se necesitan tasas de IOPS que pueden llegar a varias decenas de miles para asegurar un procesamiento fluido y eficiente a nivel empresarial.

Los discos duros (HDD) son dispositivos de almacenamiento mecánicos que alcanzan aproximadamente 210 IOPS a una velocidad de rotación de 15.000 revoluciones por minuto, RPM. Sin embargo, tienen la ventaja de ser relativamente económicos y pueden almacenar grandes cantidades de datos. Por eso, suelen usarse como almacenamiento masivo en servidores o para soluciones de respaldo.

Por otro lado, las memorias flash, como los SSD, utilizan chips electrónicos para almacenar datos y alcanzan valores de IOPS mucho más altos, a menudo superiores a 50.000, lo que las hace mucho más rápidas que los HDD. No obstante, son más costosas. Su alta velocidad las hace especialmente adecuadas para entornos con altas demandas de lectura y escritura, como sistemas operativos o servidores de bases de datos.

En general, tanto los HDD como los SSD tienen ventajas y desventajas específicas en términos de costo, capacidad y rendimiento.

Por ejemplo, el NetApp AFF puede alcanzar hasta 4 millones de IOPS, eliminando así los obstáculos en el rendimiento de manera efectiva.

Los valores altos de IOPS no solo mejoran el rendimiento del sistema, sino también la productividad al permitir un acceso y procesamiento rápidos de datos. Esto reduce los costos operativos, ya que se requiere menos espacio de almacenamiento para lograr el mismo rendimiento, lo que también disminuye los gastos en configuración y energía.

Los medios de almacenamiento rápidos como los SSD permiten que las aplicaciones respondan más rápidamente a las solicitudes, mejorando la experiencia del usuario en diversos escenarios. Por ejemplo, una infraestructura de escritorio virtual (VDI) con buen rendimiento de IOPS evita errores operativos y satisface a los usuarios finales. Del mismo modo, las bases de datos transaccionales se benefician de latencias reducidas, asegurando respuestas rápidas para menos usuarios a la vez.

Los tiempos de procesamiento más cortos aceleran los flujos de trabajo, reduciendo el tiempo de espera de los empleados y permitiéndoles dedicarse a actividades más productivas. Esto mejora indirectamente la productividad organizacional.

Además, se necesita menos espacio, pues se deben almacenar menos datos repetidos en dispositivos más lentos. Por ejemplo, el uso de arreglos de almacenamiento completamente flash puede reducir el espacio físico requerido. Esto permite ahorros significativos en la adquisición, refrigeración, electricidad y mantenimiento de la infraestructura.

En los centros de datos, las memorias flash también permiten una mayor tasa de consolidación y utilización de los servidores. Con ello, las aplicaciones pueden compartir mejor recursos como CPU, RAM e IOPS. De esta manera, los operadores pueden manejar una mayor carga de trabajo con la misma inversión en hardware.

El consumo de energía también se distribuye de manera más eficiente en los sistemas flash. Los sistemas HDD deben hacer girar sus componentes mecánicos, lo que consume mucha energía, especialmente cuando solo se lee una parte de los datos. En cambio, la tecnología flash lee selectivamente solo los bloques de datos necesarios.

En general, las soluciones de almacenamiento más rápidas mejoran la eficiencia de los recursos. Además de mejorar el rendimiento para los usuarios, las empresas ahorran en costos operativos al necesitar menos espacio y energía. Los tiempos de amortización para la implementación de arreglos de almacenamiento flash de alto rendimiento son cada vez más cortos, lo que hace que la inversión se justifique para muchas cargas de trabajo debido a la reducción de costos operativos en uno o dos años.

Los IOPS son un indicador clave para medir el rendimiento de los sistemas de almacenamiento. Al elegir productos de almacenamiento, es esencial considerar las necesidades específicas de tus aplicaciones y realizar pruebas exhaustivas para evaluar su desempeño.

La solución de almacenamiento adecuada depende de la carga de trabajo individual y de los objetivos comerciales de cada empresa. Las memorias flash ofrecen en muchos casos ventajas claras en términos de rendimiento y eficiencia. Sin embargo, antes de elegir un arreglo de almacenamiento flash, es crucial evaluar sus capacidades y determinar tus requisitos precisos de IOPS.

Las soluciones híbridas que combinan flash y HDD también pueden proporcionar un balance perfecto. Confía en la experiencia de tu proveedor de almacenamiento para encontrar la configuración ideal para ti. Solo así podrás aprovechar al máximo el rendimiento de tu infraestructura y avanzar en tu transformación digital. El uso de la tecnología de almacenamiento adecuada es un factor crucial para el éxito de los sistemas informáticos eficientes y productivos en el mundo laboral moderno centrado en los datos.

Este artículo se publicó originalmente en agosto de 2023 en el Storage Channel y se reedita aquí para usted.