2.4 Análisis de Performance y Optimización

2.4 Análisis de Performance y Optimización


Al ejecutar un sistema de servidor en su organización, podría tener necesidades empresariales que no se satisfagan con la configuración predeterminada del servidor. Por ejemplo, es posible que necesite el menor consumo de energía posible, o la menor latencia posible o el máximo rendimiento posible en el servidor. En este apartado, encontrará un conjunto de directrices que puede usar para optimizar la configuración del servidor en Windows Server y obtener ganancias de rendimiento incremental o eficiencia energética, especialmente cuando la naturaleza de la carga de trabajo varía poco con el tiempo.

Es importante los cambios de optimización, se debe tomar en cuenta el hardware, las cargas de trabajo, las asignaciones de energía y los objetivos de rendimiento del servidor. En este apartado se describe cada configuración y su posible efecto para ayudarle a tomar una decisión sobre su relevancia para sus objetivos de uso del sistema, de las carga de trabajo, de rendimiento y de uso de energía.

Las directrices de rendimiento y optimización para Windows Server se organizan en tres categorías de optimización:

Optimización del Hardware del Servidor

Las siguientes instrucciones pueden ayudar a eliminar los cuellos de botella de rendimiento que dificultan el rendimiento del servidor.


Consideraciones de Rendimiento


Recomendaciones de Procesador

Elija procesadores de 64 bits para los servidores. Los procesadores de 64 bits tienen mucho más espacio de direcciones y son necesarios para Windows Server 2016 y 2019. No se proporcionará ninguna edición de 32 bits del sistema operativo, pero las aplicaciones de 32 bits sí se ejecutarán en el sistema operativo Windows Server 2016 y 2019 de 64 bits.

Para aumentar los recursos informáticos de un servidor, puede usar un procesador con núcleos de mayor frecuencia o puede aumentar la cantidad de núcleos de procesador. Si la CPU es el recurso limitante del sistema, un núcleo con una frecuencia de 2x por lo general ofrece una mayor mejora de rendimiento que dos núcleos con una frecuencia de 1x.

No se espera que varios núcleos brinden una escala lineal perfecta y el factor de escala puede ser incluso menor si está habilitada la tecnología Hyper-Threading, porque esta se basa en el uso compartido de los recursos del mismo núcleo físico.

No compare las frecuencias de CPU de distintos fabricantes y generaciones de procesadores, porque la comparación puede ser un indicador de velocidad erróneo.

Para Hyper-V, asegúrese de que el procesador admita SLAT (Traducción de Direcciones de Segundo Nivel). Intel la implementa como tablas de páginas extendidas (EPT) y AMD, como tablas de páginas anidadas (NPT). Para comprobar que esta característica existe, use SystemInfo.exe en el servidor.


Recomendaciones de Caché

Elija cachés de procesador L2 o L3 de gran tamaño. En arquitecturas más recientes, como Haswell o Skylake, hay una caché de último nivel (LLC) unificada o L4. Por lo general, las cachés más grandes brindan un mejor rendimiento y, a menudo, desempeñan un rol mayor que la frecuencia de CPU sin procesar.


Recomendaciones de Almacenamiento de Paginación y Memoria (RAM)

Aumente la cantidad de RAM para cumplir con sus necesidades de memoria. Cuando el equipo se queda sin memoria y necesita más de forma inmediata, Windows usa el espacio en disco duro para complementar la RAM del sistema a través de un procedimiento denominado paginación. Demasiada paginación degrada el rendimiento general del sistema. Puede optimizar la paginación si usa estas instrucciones para la ubicación del archivo de paginación:

  • Aísle el archivo de paginación en su propio dispositivo de almacenamiento o al menos asegúrese de que no comparte los mismos dispositivos de almacenamiento que otros archivos a los que se tiene acceso con frecuencia. Por ejemplo, coloque el archivo de paginación y los archivos del sistema operativo en unidades de disco físicas independientes.

  • Coloque el archivo de paginación en una unidad que tolere errores. Si se produce un error en un disco que no tolera errores, es probable que el sistema se bloquee. Si pone el archivo de paginación en una unidad con tolerancia a errores, recuerde que los sistemas que toleran errores suelen ser más lentos para escribir datos, porque los escriben en distintas ubicaciones.

  • Use varios discos o una matriz de discos si necesita ancho de banda de disco adicional para la paginación. No coloque varios archivos de paginación en particiones distintas de la misma unidad de disco físico.


Recomendaciones de Disco

Elija discos con velocidades de rotación superiores para disminuir los tiempos de servicio de solicitudes aleatorias (alrededor de 2 ms en promedio cuando compara unidades de 7200 rpm y 15 000 rpm) y para aumentar el ancho de banda de solicitudes secuenciales. Sin embargo, existen consideraciones de costos, potencia y de otro tipo asociadas con los discos que tienen altas velocidades de rotación.

Los discos de 2,5 pulgadas de calidad empresarial pueden atender a un número mucho mayor de solicitudes aleatorias por segundo en comparación con las unidades equivalentes de 3,5 pulgadas.

Almacene los datos a los que se accede con frecuencia, especialmente los datos a los que se accede en secuencia, cerca del inicio de un disco porque esto corresponde aproximadamente a las pistas exteriores (las más rápidas).

Consolidar unidades pequeñas en menos unidades de alta capacidad puede reducir el rendimiento general del almacenamiento. Menos ejes significa menos simultaneidad de servicios de solicitud y, por lo tanto, probablemente menos rendimiento y tiempos de respuesta más prolongados (dependiendo de la intensidad de las cargas de trabajo).

El uso de SSD y de discos flash de alta velocidad es útil para leer principalmente discos con altas velocidades de E/S o E/S sensibles a la latencia. Los discos de arranque son buenos candidatos para el uso de SSD o de discos flash de alta velocidad, porque estos pueden mejorar considerablemente los tiempos de arranque.

Las SSD de NVMe ofrecen un rendimiento superior con profundidades de cola de comandos mayores, procesamiento de interrupciones más eficaz y una mayor eficacia para los comandos de 4 KB. Esto beneficia especialmente a los escenarios que requieren E/S simultáneas intensivas.


Recomendaciones de Almacenamiento y Red

La siguiente configuración puede ayudar a evitar que los cuellos de botella en el hardware de almacenamiento o red cuando se está bajo una carga intensa.

  • Uso de adaptadores certificados: Use un adaptador que haya pasado el conjunto de pruebas de certificación de hardware para Windows.

  • Funcionalidad de 64 bits: Los adaptadores con funcionalidad de 64 bits puede realizar operaciones de acceso directo a memoria (DMA) desde y hacia ubicaciones de gran memoria física (más de 4 GB). Si el controlador no es compatible con DMA de más de 4 GB, el sistema almacena doblemente en caché la E/S en un espacio de direcciones físicas de menos de 4 GB.

  • Adaptadores de cobre y fibra: Por lo general, los adaptadores de cobre tienen el mismo rendimiento que sus homólogos de fibra y ambos están disponibles en algunos adaptadores de canal de fibra. Ciertos entornos se adaptan mejor a los adaptadores de cobre, mientras que otros se adaptan mejor a los adaptadores de fibra.

  • Adaptadores de 2 o 4 puertos: Los adaptadores de varios puertos son útiles en los servidores que tienen un número limitado de ranuras PCI.

  • Moderación de interrupciones: Algunos adaptadores pueden moderar la frecuencia con que interrumpen los procesadores de host para indicar una actividad o su realización. A menudo, moderar las interrupciones puede generar una menor carga de CPU en el host pero, a menos que la moderación de las interrupciones se realice de manera inteligente, el ahorro de CPU puede aumentar la latencia.

  • Compatibilidad con Escalado del lado de Recepción (RSS): RSS permite escalar el procesamiento de recepción de paquetes con el número de procesadores de equipo disponibles. Esto resulta especialmente importante con Ethernet de 10 GB y más rápido.


Consideraciones Energéticas


Es importante reconocer la importancia creciente de la eficacia energética en entornos empresariales y centros de datos. El uso de alto rendimiento y bajo consumo de energía suelen ser objetivos conflictivos, pero al seleccionar cuidadosamente los componentes de servidor, puede lograr el equilibrio correcto entre ellos. A continuación, se enumeran las directrices para las características y capacidades de energía de los componentes de hardware de servidor.


Recomendaciones de Procesador

La frecuencia, el voltaje operativo, el tamaño de la caché y la tecnología de proceso afectan al consumo energético de los procesadores. Los procesadores tienen una clasificación de punto de diseño térmico (TDP) que proporciona una indicación básica del consumo energético con respecto a otros modelos.

En general, opte por el procesador de TDP más bajo que se adaptará a sus objetivos de rendimiento. Además, las nuevas generaciones de procesadores suelen ser más eficaces y pueden exponer más Estados de energía para los algoritmos de administración de energía de Windows, lo que permite una mejor administración de energía en todos los niveles de rendimiento.


Recomendaciones de Memoria

Cuentas de memoria para una fracción cada vez mayor de la potencia total del sistema. Muchos factores afectan al consumo de energía de un DIMM de memoria, como la tecnología de memoria, el código de corrección de errores (ECC), la frecuencia de bus, la capacidad, la densidad y el número de rangos. Por lo tanto, es mejor comparar las clasificaciones de energía esperadas antes de adquirir grandes cantidades de memoria.

La memoria de bajo consumo ya está disponible, pero debe tener en cuenta las ventajas y los costos de rendimiento. Si el servidor va a paginar, también debe tener en cuentan el coste energético de los discos de paginación.


Recomendaciones de Discos

Una mayor cantidad de RPM significa un aumento del consumo energético. Las unidades SSD son más eficientes en cuanto a las unidades de rotación. Además, las unidades de 2,5 pulgadas generalmente requieren menos energía que las unidades de 3,5 pulgadas.


Recomendaciones de la Fuente de Alimentación

Mejorar la eficacia de la fuente de alimentación es una excelente manera de reducir el consumo energético sin afectar al rendimiento. Las fuentes de alimentación de alta eficiencia pueden ahorrar muchos kilovatios/horas al año, por servidor.


Recomendaciones de Ventilador

Los aficionados, como las fuentes de alimentación, son un área en la que puede reducir el consumo energético sin que ello afecte al rendimiento del sistema. Los ventiladores de velocidad variable pueden reducir RPM a medida que disminuye la carga del sistema, lo que elimina el consumo energético innecesario.


Recomendaciones de dispositivos USB

Windows Server habilita la suspensión selectiva para dispositivos USB de forma predeterminada. Sin embargo, un controlador de dispositivo mal escrito puede seguir interrumpiendo la eficacia energética del sistema en un margen mayor. Para evitar posibles problemas, desconecte los dispositivos USB, deshabilítelo en el BIOS o elija los servidores que no requieran dispositivos USB.


Ajuste del rol de Servidor


Servidores Active Directory


La optimización del rendimiento de Active Directory se centra en dos objetivos:

  • Active Directory se configure de forma óptima para atender la carga de la manera más eficiente posible

  • Las cargas de trabajo enviadas a Active Directory deben ser tan eficaces como sea posible

Esto requiere prestar atención adecuada a tres áreas diferentes:

  • Adecuado planeamiento de la capacidad: para garantizar que haya hardware suficiente para admitir la carga existente

  • Optimización del servidor: configurar controladores de dominio para administrar la carga de la forma más eficiente posible

  • Optimización del cliente/aplicación de Active Directory: para garantiza que los clientes y las aplicaciones usen Active Directory de manera óptima


Comenzar con el planeamiento de la capacidad

Implementar correctamente un número suficiente de controladores de dominio, en el dominio adecuado, en las configuraciones regionales correctas, y para dar cabida a la redundancia es esencial para garantizar atender las solicitudes de los clientes de manera oportuna. 


Actualizaciones y Recomendaciones en Evolución

Durante las últimas varias generaciones del sistema operativo han tenido lugar grandes mejoras en las optimizaciones del rendimiento de clientes y de Active Directory, y estos esfuerzos se mantienen. Se recomienda implementar las versiones más recientes de la plataforma para obtener las ventajas, entre otras:

  • Una mayor confiabilidad.

  • Un mejor rendimiento.

  • Un mejor registro y herramientas para solucionar problemas.

Sin embargo, sabemos que esto requiere tiempo, y muchos entornos se ejecutan en un escenario donde es imposible la adopción del 100 % de la plataforma más reciente.


Servidores de Archivos


Debe seleccionar el hardware adecuado para satisfacer la carga web esperada, teniendo en cuenta la carga promedio, la carga máxima, la capacidad, los planes de crecimiento y los tiempos de respuesta. Los cuellos de botella de hardware limitan la eficacia de la optimización del software.


Servidores Hyper-V


Hyper-V es el rol de servidor de virtualización de Windows Server. Los servidores de virtualización pueden hospedar varias máquinas virtuales aisladas entre sí que comparten los recursos de hardware subyacentes mediante la virtualización de los procesadores, la memoria y los dispositivos de E/S. Mediante la consolidación de servidores en un único equipo, la virtualización puede mejorar la eficiencia energética y el uso de recursos, y reducir los costos operativos y de mantenimiento de los servidores. Además, las máquinas virtuales y las API de administración ofrecen más flexibilidad para administrar recursos, equilibrar la carga y aprovisionar los sistemas.


Servidores Web


Selección del Hardware adecuado para el Rendimiento

Es importante seleccionar el hardware adecuado para satisfacer la carga web esperada, teniendo en cuenta la carga media, los picos de carga, la capacidad, los planes de crecimiento y los tiempos de respuesta. Los cuellos de botella de hardware limitan la eficacia del ajuste del software.

En Performance Tuning for Server Hardware (Optimización del rendimiento para hardware de servidor) se ofrecen recomendaciones de hardware a fin de evitar las restricciones de rendimiento siguientes:

  • Las CPU lentas ofrecen una capacidad de procesamiento limitada para las cargas de trabajo con uso intensivas de la CPU, como los escenarios de ASP, ASP.NET y TLS.

  • Una pequeña memoria caché de procesador de L2 o L3/LLC podría afectar al rendimiento.

  • Una cantidad limitada de memoria afecta al número de sitios que se pueden hospedar, cuántos scripts de contenido dinámico (por ejemplo, ASP.NET) pueden almacenarse, y el número de grupos de aplicaciones o procesos de trabajo.

  • Las redes se convierten en un cuello de botella debido a un adaptador de red ineficaz.

  • El sistema de archivos se convierte en un cuello de botella debido a la ineficacia de un adaptador de almacenamiento o de un subsistema de discos.


Procedimientos recomendados del Sistema Operativo

De ser posible, comience con una instalación limpia del sistema operativo. Actualizar el software puede dejar una configuración obsoleta, no deseada o poco óptima del registro, así como servicios y aplicaciones instalados previamente que consuman recursos si se inician automáticamente. Si hay instalado otro sistema operativo y debe conservarlo, debe instalar el nuevo sistema operativo en otra partición. En caso contrario, la nueva instalación sobrescribe la configuración en %Archivos de programa%\Archivos comunes.

Para reducir las interferencias de acceso al disco, coloque el archivo de paginación del sistema, el sistema operativo, los datos web, la memoria caché de plantillas ASP y el registro de Internet Information Services (IIS) en discos físicos independientes, si es posible.

Para reducir la contención de recursos del sistema, instale Microsoft SQL Server e IIS en servidores diferentes, si es posible.

Evite instalar aplicaciones y servicios no esenciales. En algunos casos, podría ser conveniente deshabilitar servicios que no son obligatorios en un sistema.


Ajuste del Subsistema del Servidor


Ajuste de Caché y Memoria


De forma predeterminada, Windows almacena en caché los datos de archivo que se leen de discos y se escriben en discos. Esto implica que las operaciones de lectura leen datos de archivos de un área de la memoria del sistema conocida como caché de archivos del sistema, en lugar de hacerlo desde el disco físico. En consecuencia, las operaciones de escritura escriben datos de archivo en la memoria caché de archivos, en lugar de en el disco. Este tipo de caché se conoce como caché de reescritura. El almacenamiento en caché se administra por objeto de archivo. El almacenamiento en caché se produce bajo la dirección del Administrador de caché, que funciona continuamente mientras se ejecuta Windows.

Los datos de archivo de la memoria caché de archivos del sistema se escriben en el disco a intervalos definidos por el sistema operativo. Las páginas vaciadas permanecen en el espacio de trabajo de caché del sistema (si se ha definido FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS y el identificador de archivos no se ha cerrado) o en la lista de espera, donde se convierten en parte de la memoria disponible.

La directiva de retrasar la escritura de los datos en el archivo y conservarlos en la memoria caché hasta que esta se vacíe se denomina escritura diferida y la desencadena el Administrador de caché en un intervalo de tiempo determinado. La hora a la que se vacía un bloque de datos de archivo se basa, parcialmente, en la cantidad de tiempo que ha estado almacenado en la memoria caché y la cantidad de tiempo desde la última vez que se accedió a los datos en una operación de lectura. Esto garantiza que los datos de archivo que se suelen leer con frecuencia seguirán accesibles en la caché de archivos del sistema durante la cantidad máxima de tiempo.


Ajuste del Subsistema de Red


Ajustar el rendimiento del subsistema de red, especialmente en el caso de cargas de trabajo intensivas de red, puede implicar cada nivel de la arquitectura de red, que también se denomina pila de red. Estas capas se dividen ampliamente en las secciones siguientes.

  1. Interfaz de red. Esta es la capa más baja de la pila de red y contiene el controlador de red que se comunica directamente con el adaptador de red.

  2. Especificación de interfaz de controlador de red (NDIS). NDIS expone interfaces para el controlador que está por debajo y para las capas que hay por encima, como la pila de protocolos.

  3. Pila de protocolos. La pila de protocolos implementa protocolos como TCP/IP y UDP/IP. Estas capas exponen la interfaz de capa de transporte para las capas por encima de ellas.

  4. Controladores del sistema. Suelen ser clientes que usan una interfaz de extensión de datos de transporte (TDX) o de Winsock kernel (WSK) para exponer interfaces a aplicaciones de modo usuario. La interfaz WSK se presentó en Windows Server 2008 y Windows vista, y se expone mediante AFD.sys. La interfaz mejora el rendimiento eliminando el cambio entre el modo de usuario y el modo kernel.

  5. Aplicaciones de modo usuario. Normalmente se trata de soluciones de Microsoft o aplicaciones personalizadas.


Optimización del Subsistema de Almacenamiento


Espacios de almacenamiento directo, como solución de almacenamiento definida de software basada en Windows Server, optimiza automáticamente su rendimiento y, de este modo, elimina la necesidad de especificar manualmente los recuentos de columna, la configuración de caché del hardware que usa y otros factores que se deben definir manualmente con las soluciones de almacenamiento SAS compartidas.

La memoria caché de bus de almacenamiento del software de Espacios de almacenamiento directo se configura automáticamente en función de los tipos de almacenamiento presentes en el sistema. Tres tipos reconocidos: HDD, SSD y NVMe. La memoria caché reclama el almacenamiento más rápido para el almacenamiento en caché de lectura o escritura, según corresponda, y usa el almacenamiento más lento para el almacenamiento de datos persistente.


* Herramientas de Control de Rendimiento y Optimización en Windows Server


Recursos:

Actividad 8


Fuentes Consultadas:

Microsoft Docs. Docs.microsoft.com. (16 de octubre de 2017). Directrices de optimización del rendimiento para Windows Server 2016.

Microsoft Docs. Docs.microsoft.com. (04 de junio de 2019). Introducción a Windows Server 2019.

Microsoft Docs. Docs.microsoft.com. (23 de mayo de 2018). Introducción a información del sistema.

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