NAS All Flash e as tecnologias de armazenamento relacionadas

Índice:

• O que é um NAS All Flash e como ele funciona?
• A importância da latência e do IOPS no armazenamento flash
• Protocolos de rede e seu impacto no desempenho
• Técnicas para otimizar a capacidade dos SSDs
• Gerenciamento do ciclo de vida dos SSDs: TBW e DWPD
• O papel do cache em um sistema All Flash
• Sistemas de arquivos otimizados para flash
• Quando um NAS híbrido ainda faz sentido
• A evolução do armazenamento conectado em rede

Muitas empresas enfrentam gargalos de desempenho que limitam a produtividade dos seus colaboradores. Aplicações lentas e longos tempos de espera para acessar arquivos são frequentemente causados por sistemas de armazenamento antigos, baseados em discos rígidos (HDDs). Esses componentes mecânicos simplesmente não conseguem acompanhar as demandas das cargas de trabalho modernas, que exigem acesso rápido e simultâneo a um grande volume de dados.

Um NAS All Flash surge como uma solução para esse problema, pois substitui completamente os discos mecânicos por unidades de estado sólido (SSDs). Essa mudança fundamental na arquitetura do hardware elimina as barreiras de velocidade impostas pelas partes móveis dos HDDs. No entanto, o verdadeiro potencial desses equipamentos vai muito além da simples troca de mídias. Várias tecnologias de software e hardware trabalham em conjunto para extrair o máximo desempenho e eficiência dos SSDs.

O que é um NAS All Flash e como ele funciona?

Um NAS All Flash é um dispositivo de armazenamento conectado à rede que utiliza exclusivamente SSDs para guardar dados. Diferente dos sistemas tradicionais ou híbridos, ele não possui discos rígidos, o que resulta em uma drástica redução da latência e um enorme aumento na quantidade de operações de entrada e saída por segundo (IOPS). Essa arquitetura acelera de forma significativa o acesso a arquivos, bancos de dados e máquinas virtuais.

O funcionamento desse tipo de storage se baseia na ausência de componentes mecânicos. Como os SSDs acessam dados eletronicamente, o tempo para localizar e ler uma informação é quase instantâneo. Em nossos testes, tarefas que levavam minutos em um NAS com HDDs, como a inicialização de múltiplas máquinas virtuais, são frequentemente concluídas em poucos segundos. Por isso, o equipamento melhora diretamente a agilidade dos processos de negócio que dependem de acesso rápido aos dados.

A importância da latência e do IOPS no armazenamento flash

A latência mede o tempo de resposta entre uma solicitação de dados e o início da sua entrega, enquanto o IOPS quantifica o número de operações de leitura e escrita que um sistema suporta por segundo. Em um ambiente All Flash, essas duas métricas são muito mais importantes que a taxa de transferência sequencial (MB/s). Muitas aplicações corporativas, como bancos de dados e servidores de virtualização, geram milhares de pequenas solicitações aleatórias, um cenário onde a baixa latência é fundamental.

Um sistema com IOPS elevado e latência mínima melhora diretamente a experiência do usuário e a eficiência das aplicações. Por exemplo, em uma infraestrutura de desktops virtuais (VDI), um All Flash NAS consegue atender simultaneamente centenas de usuários sem degradação do desempenho. Isso raramente seria possível com um sistema baseado em HDDs, que sofreria com longas filas de espera para processar tantas solicitações aleatórias.

Protocolos de rede e seu impacto no desempenho

O desempenho de um NAS All Flash também depende bastante da infraestrutura de rede. Protocolos de compartilhamento de arquivos como SMB (para Windows) e NFS (para Linux) funcionam bem, mas o hardware de rede pode se tornar um gargalo. Uma rede de 1 Gigabit Ethernet (GbE), por exemplo, limita a taxa de transferência a cerca de 125 MB/s, um valor que até mesmo um único SSD SATA consegue superar facilmente.

Para aproveitar todo o potencial do armazenamento flash, é quase sempre necessário usar redes mais rápidas, como 10GbE ou 25GbE. Essas tecnologias aumentam a largura de banda disponível e reduzem a contenção, o que permite que múltiplos usuários acessem dados em alta velocidade sem interferência. Algumas soluções avançadas também suportam agregação de link para combinar várias portas de rede e aumentar ainda mais o desempenho e a redundância.

Técnicas para otimizar a capacidade dos SSDs

Embora o custo por gigabyte dos SSDs tenha diminuído, ele ainda é maior que o dos HDDs. Para tornar o armazenamento All Flash economicamente viável, os fabricantes implementam várias tecnologias de redução de dados. A deduplicação é uma das mais importantes, pois identifica e elimina blocos de dados duplicados, escrevendo apenas uma cópia única no disco. Essa técnica é especialmente eficaz em ambientes de virtualização, onde muitos arquivos do sistema operacional são idênticos.

Além da deduplicação, a compressão de dados em tempo real reduz o tamanho dos arquivos antes que eles sejam escritos nos SSDs. Muitos sistemas modernos possuem processadores dedicados para executar essas tarefas sem impactar o desempenho geral. Juntas, essas tecnologias podem aumentar a capacidade útil do armazenamento em várias vezes, o que melhora bastante o custo total de propriedade (TCO) da solução.

Gerenciamento do ciclo de vida dos SSDs: TBW e DWPD

Uma preocupação comum sobre os SSDs é a sua durabilidade, já que as células de memória flash têm um número finito de ciclos de escrita. Para medir essa resistência, os fabricantes usam duas métricas principais: TBW (Terabytes Written), que indica o volume total de dados que pode ser escrito na unidade, e DWPD (Drive Writes Per Day), que especifica quantas vezes a capacidade total do drive pode ser reescrita por dia durante o período de garantia.

Os SSDs de classe corporativa, usados em sistemas All Flash, possuem classificações de TBW e DWPD muito mais altas que as unidades de consumo. Além disso, o sistema operacional do NAS implementa algoritmos de nivelamento de desgaste (wear leveling) que distribuem as operações de escrita uniformemente por todas as células de memória. Como resultado, a vida útil dos SSDs raramente se torna um problema em ambientes corporativos bem planejados.

O papel do cache em um sistema All Flash

Pode parecer estranho, mas o cache continua sendo um componente vital mesmo em um sistema All Flash. Embora os SSDs sejam extremamente rápidos, a memória RAM do sistema é ordens de magnitude mais veloz. Por isso, o NAS utiliza uma parte da sua RAM como um cache de leitura e escrita para acelerar ainda mais o acesso aos dados mais requisitados.

Quando um dado é solicitado com frequência, o sistema o mantém no cache de RAM, entregando-o de forma quase instantânea sem precisar acessar os SSDs. Para operações de escrita, os dados são primeiro gravados no cache e depois transferidos para os SSDs em segundo plano. Essa abordagem não apenas melhora o desempenho, mas também ajuda a agrupar pequenas escritas em blocos maiores, o que reduz o desgaste das unidades flash.

Sistemas de arquivos otimizados para flash

O sistema de arquivos que gerencia os dados no storage também tem um grande impacto no desempenho e na confiabilidade. Sistemas de arquivos modernos como Btrfs e ZFS foram projetados com características que beneficiam diretamente o armazenamento flash. Por exemplo, a funcionalidade de copy-on-write evita a sobregravação de dados, uma operação que é lenta e desgastante para os SSDs.

Esses sistemas de arquivos também oferecem recursos avançados, como snapshots instantâneos com baixo consumo de espaço e checksums que verificam continuamente a integridade dos dados para prevenir a corrupção silenciosa. O uso de um sistema de arquivos adequado, portanto, não apenas otimiza a performance, mas também adiciona uma camada extra de proteção aos dados armazenados no equipamento.

Quando um NAS híbrido ainda faz sentido

Apesar dos seus benefícios, um NAS All Flash nem sempre é a escolha certa para todas as cargas de trabalho. Muitas empresas lidam com grandes volumes de dados que são acessados com pouca frequência, como arquivos de backup ou arquivos mortos. Nesses cenários, o custo por terabyte se torna um fator mais importante que o desempenho absoluto.

É aqui que um NAS híbrido, que combina uma pequena quantidade de SSDs para cache com uma grande capacidade de HDDs para armazenamento, oferece um excelente equilíbrio. A tecnologia de tiering automático move os dados "quentes" (mais acessados) para os SSDs e os dados "frios" para os HDDs. Dessa forma, a empresa obtém um desempenho acelerado para os dados mais importantes, enquanto mantém um custo de armazenamento mais baixo para o grande volume de arquivos.

A evolução do armazenamento conectado em rede

A transição dos discos rígidos para o armazenamento All Flash representa uma das mudanças mais significativas na tecnologia de armazenamento das últimas décadas. Essa evolução removeu o que por muito tempo foi o principal gargalo de desempenho na infraestrutura de TI. O impacto vai muito além de simplesmente acelerar as tarefas existentes.

A combinação de SSDs de alta velocidade, redes de baixa latência e software inteligente cria uma base que permite o desenvolvimento de novas aplicações e serviços que antes eram inviáveis. Para qualquer organização que depende de acesso rápido e confiável aos seus dados para operar, o NAS All Flash não é apenas uma melhoria. Em muitos casos, ele é a resposta para destravar o verdadeiro potencial dos seus negócios.