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Storages escaláveis: Quais as diferenças entre sistema scale-up e scale-out

Storages escaláveis: Quais as diferenças entre sistema scale-up e scale-out

A primeira demanda ao comprar um novo storage geralmente está associada à sua capacidade de armazenamento. Outro ponto sensível e que pesa nessa decisão refere-se a performance exigida do novo sistema.

Como essa discussão técnica nem sempre é conclusiva e novas aplicações surgem todos os dias, alguns equipamentos são convenientemente superdimensionados, trabalhando com folga e subutilizados durante boa parte de sua vida útil.

Orçamentos apertados não permitem o uso desse expediente, por isso a perspectiva sombria de adicionar mais capacidade (ou processamento) a qualquer sistema já instalado tira o sono da maioria dos gerentes de TI.

Ao ficar sem capacidade, as alternativas para resolver o problema passam por simplesmente adicionar uma nova prateleira de hard drives ao storage ou tornar-se tão complexa quanto construir um novo data center.

Exageros à parte, quanto mais simples for a decisão, melhor. A premissa básica de implantar uma solução escalável é ter a possibilidade de expandir o sistema quando for necessário.

Desde seu surgimento, a arquitetura focada no “aumento de escala” tem evoluído em sistemas de armazenamento.

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Os storages scale-up e scale-out

Conforme o volume de dados de uma organização cresce, novos sistemas precisam ser adicionados para lidar com as demandas adicionais. Esse aumento nos dados e aplicações exigem que a arquitetura se torne maior e mais complexa de gerenciar.

O que são storages scale-up?

Os sistemas scale-up são equipamentos como servidores e storages que suportam receber módulos de expansão adicionais, como novos processadores, controladoras, mais memória ou um novo gabinete de discos.

storages scale-up

Esse aumento de escala é a forma mais comum de expandir as plataformas tradicionais de servidores e sistemas de armazenamento baseados em arquivos e blocos dentro de nossos datacenters.

A estrutura scale-up consiste em construir sistemas expansíveis localmente, com suporte para receber novas controladoras, módulos de memórias, controladoras e arranjos de discos.

Ao adotar o modelo scale-up, quando a empresa fica sem espaço de armazenamento ou precisa de mais processamento, basta instalar outra prateleira de hard disks ou mais memória ao sistema e o problema estará resolvido.

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As limitações do modelo scale-up

Apesar de mais barata e simples de gerenciar, a estrutura scale-up tem perdido espaço em grandes corporações e empresas com grandes volumes de recursos, aplicações e dados distribuídos.

O problema é que ao atingir os limites máximos de desempenho e/ou capacidade de armazenamento do sistema, a única alternativa do administrador é adicionar um novo equipamento à infraestrutura.

Isso não chega a ser um problema para pequenas e médias empresas, que podem facilmente gerenciar alguns servidores e sistemas de armazenamento locais, porém esse raciocínio não é válido para corporações com centenas de servidores.

Conforme a carga de trabalho e o volume de dados aumenta, gerenciar muitos servidores e storages funcionando em silos independentes torna-se uma tarefa complexa, de difícil administração e com altos custos.

O que são storages scale-out?

Diferentemente dos equipamentos scale-up, os storages scale-out são sistemas que podem ser expandidos através da formação de clusters, gerenciados via internet e não precisam estar fisicamente no mesmo local.

storages scale-out

Enquanto a arquitetura scale-up é construída com servidores e storages que vinculam discos ao chassi através de uma conexão física como uma controladora SAS, no modelo scale-out isso não é necessário.

Nessa arquitetura, um software de armazenamento de objetos é instalado em cada nó (servidor ou storage) do sistema e combina todos os equipamentos em um único cluster lógico.

Assim, toda a capacidade de processamento / armazenamento físico da infraestrutura é vinculado através de software, colocado em um único pool e apresentado aos usuários como um único endereço (namespace) lógico unificado.

Isso significa que o usuário não sabe quem processa seus aplicativos ou em qual nó seus dados residem: Ele apenas é conectado a um contêiner de armazenamento com um nome de domínio totalmente qualificado (FQDN).

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A clusterização do sistema

Como a arquitetura de armazenamento por objeto é feita através de software e endereça para seu cliente um endereço virtual, instalar novos servidores na infraestrutura significa adicionar performance ao sistema.

Nesses casos o software passa a redistribuir os dados entre os equipamentos e, para cada novo nó conectado, é adicionado não apenas capacidade em disco, mas também RAM, CPU e recursos de rede adicionais para todo o cluster.

O método de escalonamento scale-out evita as limitações da arquitetura de armazenamento escalável tradicional, onde cada IO só podia ser processado por um ou apenas dois controladores de armazenamento.

O sistema de armazenamento de objetos gerencia o armazenamento, a recuperação e a proteção dos objetos de dados e gerencia a alocação dos dados nos nós do cluster.

As proteções contra falhas dos sistemas escaláveis

Enquanto a proteção contra falhas das unidades de disco baseada na estrututura scale-up é fornecida por arranjos RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks), estruturas de cluster não possuem essas limitações.

Num arranjo RAID todas as unidades de disco físicas estão vinculadas a uma controladora específica, que decide como os dados serão distribuídos nos hard disks para fornecer resiliência ao storage ou servidor físico.

Como essa tecnologia sempre depende de até duas controladoras físicas, os arranjos RAID não suportam vários controladores de armazenamento, o que por si só apresenta um problema de escalabilidade.

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Arranjos RAID e arranjos RAIN

Como a tecnologia de arranjos RAID não pode fornecer proteção contra falhas em unidades na arquitetura composta por vários nós e diferentes localidades, é necessário a implementação de outro sistema de proteção contra falha de discos.

RAIN é o acrônimo de Redundant Array of Independent Nodes. Trata-se de uma tecnologia que fornece recursos de proteção de dados semelhantes ao RAID, porém voltada para servidores e sistemas de armazenamento do tipo scale-out.

A diferença básica entre o RAID e o RAIN é que esse último protege contra a falhas de um nó inteiro, em vez de apenas discos individuais. Assim como o RAID, o RAIN permite vários tipos de implementação.

O RAIN permite, por exemplo, a réplica de nós, onde cópias completas de um objeto (nó ou sistema físico) são distribuídas por vários outros nós. Esse conceito é semelhante aos arranjos RAID que conhecemos e permite várias réplicas distribuídas em diversas localidades, especialmente em arquiteturas multi-datacenter.

Quando usar a arquitetura scale-up ou scale-out?

A proposta de escalabilidade dos sistemas de TI atuais aposentaram antigos mainframes e mini computadores muitos anos atrás. Os servidores e computadores pessoais que conhecemos já incorporam uma série de possibilidades para prolongar sua vida útil dentro de nossos orçamentos.

O modelo scale-up suporta aplicações locais, tem baixo valor de propriedade e é mais simples de gerenciar, porém não suporta operações globais que exigem aumento de escala.

A escalabilidade que o armazenamento scale-out oferece ajuda a mitigar custos, complexidade e alocação de recursos distribuídos dentro de grandes corporações, porém ainda é uma solução cara para pequenas e médias empresas.

O scale-out permite combinar vários servidores em uma máquina virtual única, com um pool de memória maior do que seria possível para um ambiente de scale-up, porém não funciona de maneira linear.

Simplificando, por possuir uma estrutura mais complexa, esse modelo não consegue o dobro do desempenho de um servidor apenas adicionando-se dois desses equipamentos no mesmo nó.

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