Rodrigo Gazzaneo

Se a Nuvem se condensasse sobre nossas cabeças, o que nos atingiria?

Muito se fala sobre a virtualização como tecnologia fundamental para o desenvolvimento de arquiteturas de computação em Nuvem. Junto com o desempenho concentrado de plataformas de processadores de baixo custo, como as famílias de processadores x86, criou-se um ambiente tecnológico que permitia agregar ambientes computacionais como se fazia na época dos grandes Mainframes, a um custo agora acessível para uma escala inédita.

Mas existem tecnologias que também fazem parte dessa transformação. Uma delas é o Flash. Não estou falando do Flash da Adobe, que não roda em certos sistemas operacionais de tablets e smartphones, mas a memória em estado sólido que fornece capacidade de armazenamento para todos estes dispositivos modernos que passamos a usar para nos conectarmos diretamente às Nuvens que usamos.

Armazenamento removível com conector USB, memória para máquinas fotográficas digitais, cartão de armazenamento para agendas pessoais que mais tarde seriam telefones inteligentes e tablets, e agora se tornando armazenamento para uma nova geração de notebooks de alta tecnologia, eis o Flash. Se por um lado memória Flash não é uma tecnologia nova, é parte dessa revolução silenciosa que está transformando o universo de TI também dentro dos Data Centers.

É justamente devido ao sucesso destes dispositivos móveis que a tecnologia Flash atingiu uma escala de produção e uma evolução tecnológica em densidade, capacidade e custos que estão transformando uma indústria intimamente ligada com a Nuvem : a indústria do Armazenamento.

Por anos as mídias magnéticas reinaram nos Data Centers. Fitas e Discos Rígidos acumulam anos de serviços prestados ajudando organizações a tornarem persistentes toda a informação que flui por cabos de redes, barramentos, controladoras, registradores e memória dinâmica. Sempre que as operações precisam armazenar um resultado por longo tempo, um dispositivo de armazenamento persistente deve ser acionado.

Por anos discos rígidos ofereceram a melhor relação entre o custo e o desempenho. Através de mecanismos de redundância como RAID, os desafios de confiabilidade da mídia foram contornados. Através de controladoras inteligentes com memória dinâmica cache integrada os desafios de desempenho foram adiados para uma era futura. Através de uma rede de armazenamento, o armazenamento corporativo foi consolidado para maior eficiência de infraestrutura e otimização de uso.

O problema é que a demanda por poder computacional cresceu vertiginosamente. Se por um lado o poder de processamento das CPU com múltiplos núcleos integrados conseguiram evoluir para suprir essa demanda, a tecnologia de discos rígidos não. Discos rígidos de 10.000 RPM e 15.000 RPM continuam sendo o limite de desempenho de acesso para esta tecnologia, a evolução se deu apenas em uma dimensão : a capacidade. Ainda hoje um disco rígido fornece um desempenho médio de 100 acessos por segundo (IOPS) e um tempo de resposta que gira em torno de 10ms.

Com a distância entre o desempenho da memória dinâmica e a memória persistente aumentando, o caso para o uso de armazenamento Flash foi se fortalecendo. Agora surge uma nova categoria de armazenamento, oferecendo desempenho e custo por capacidade numa classe intermediária entre discos rígidos magnéticos e memória dinâmica RAM.

Armazenamento Flash Corporativo (Enterprise Flash Storage) não é um único produto nem um único caso de uso. Existe uma variedade de ofertas e uma vasta gama de opções, de startups a gigantes da indústria.

Uma das primeiras aplicações de Flash nos Data Centers foi o Disco de Armazenamento Sólido Corporativo (SSD). Valendo-se da arquitetura modular de sistemas de armazenamento que já possuíam a capacidade de gerenciar diferentes unidades de disco rígido de maneira agregada, fornecedores de sistemas de armazenamento corporativo introduziram uma nova mídia para ser instalada onde antes haveria um disco rígido de tecnologia FC, SAS ou SATA, com os esperados 15.000, 10.000 ou 7.200 RPM. O Enterprise Flash Drive (EFD) é uma mídia de armazenamento Flash empacotada em uma embalagem de um disco rígido. É instalado no sistema de armazenamento como um outro disco rígido, gerenciado pelo mesmo software, mesma interface, mas fornece um desempenho de 20 a 30 vezes superior que um similar em mídia rotacional, pesa menos, consome menos energia e é mais confiável porque não tem partes mecânicas.

A diferença de custo já foi de mais de 20 vezes, mas hoje essa relação diminui bastante e os casos de uso começam a se multiplicar principalmente porque estes mesmos sistemas de armazenamento agora possuem funcionalidades de auto-ajuste (AST – Automated Storage Tiering) que distribuem blocos de dados de maneira granular, automática, orientada a políticas e transparente para usuários que se beneficiam de terem dados mais frequentemente acessados na mídia mais rápida.  A EMC foi uma das primeiras a oferecer armazenamento em camadas heterogêneas, junto da Compellent (agora DELL), seguidos por outros fornecedores.

Outra aplicação da tecnologia Flash é o uso como memória cache estendida da controladora de armazenamento. As controladoras de armazenamento podem se valer de uma camada muito mais rápida de acesso que discos como um “colchão” até o acesso final ao disco rígido. Diferentes sistemas de armazenamento corporativo já oferecem esse tipo de implementação nas modalidades “read-only”, reduzindo o tempo de resposta de operações de leituras para dados frequentes, e mesmo em modalidade “read/write” que acelera tanto operações de leitura como operações de escrita. Ambientes emergentes como VDI – Virtual Desktops – se beneficiam não apenas de acessos frequentes, mas principalmente da capacidade de acelerar as operações de escritas uma vez que o armazenamento concentrará o desempenho de centenas ou até milhares de estações de trabalho virtualizadas. A Netapp foi uma das primeiras a oferecer memória Flash como extensão de memória do armazenamento, seguida pela EMC que incrementou o conceito oferecendo uma memória cache estendida com capacidade de leituras e escritas.

Outras arquiteturas de armazenamento oferecem sistemas de armazenamento totalmente baseados em armazenamento Flash. Valendo-se da conectividade da SAN para múltiplos servidores e sistemas de armazenamento, seu uso vem crescendo em ambientes em que é possível identificar a localidade discreta da aplicação crítica. Ou seja, se o objetivo é ter um caso pontual de acelerar o desempenho de um único aplicativo, essa pode ser a bala de prata para matar esse monstro, mas não todos os outros. São chamados Flash Storage “Appliances”.

Uma terceira categoria de armazenamento Flash corporativo é o Flash baseado em servidores – Server Flash Storage. Essa tecnologia é oferecida através de controladoras modulares com conectividade padrão (PCIe) que oferecem armazenamento interno DAS  de altíssimo desempenho. Esta arquitetura foi inicialmente adotada em ambientes de altíssimo desempenho com Web 2.0 e Big Data Analytics, valendo-se da redundância em mais alto nível para compartilhar e distribuir a informação com proteção e capacidade de recuperação de desastres. Fusion-IO é uma das soluções que oferecem este tipo de tecnologia.

Mas novas implementações estão complementando a abordagem do armazenamento dedicado com uma estratégia de levar para dentro servidor uma camada integrada ao armazenamento que acelera o acesso a disco sem que a operação de IO sequer saia de dentro do hardware do servidor!

No VMworld de 2011, a EMC apresentou uma tecnologia híbrida de Nuvem e Big Data, mostrando como seria possível aproximar processamento e armazenamento movendo aplicações para dentro do armazenamento (ideal para Big Data, aplicativos “data intensive”) e também movendo o armazenamento para dentro do servidor (ideal para Nuvem, aplicativos com altíssima demanda pelo menor tempo de resposta). Para ver : http://www.youtube.com/watch?v=a9QEKLWYE4Q

Finalmente, o armazenamento Flash não apenas substitui o desempenho de vários discos rígidos, mas um efeito colateral interessante é que, por sua habilidade de concentrar o desempenho, o conteúdo que seria destinado para mídia rotacional tradicional tem uma demanda de desempenho agregada muito inferior, podendo ser atendida com discos rígidos mais densos, mais lentos e mais baratos. Em suma, quanto mais discos Flash o seus sistema de armazenamento tiver, menos discos rígidos de perfil rápido (que consomem mais energia, que rodam em maiores velocidades) a sua configuração precisa ter, bastando discos de extrema densidade e maior economia de espaço, energia e refrigeração.

Para quem já viu um sistema de armazenamento corporativo recentemente e se espantou com o tamanho, o peso, o consumo elétrico deste equipamento, tenha certeza que a tecnologia Flash Storage fará com que a próxima geração seja mais leve, modular e econômica, mas com muito mais desempenho e escalabilidade graças à tecnologia de armazenamento Flash.

Um raio não cai no mesmo lugar duas vezes, então recomendo que todo profissional ligado à indústria de TI que se relaciona com infraestrutura, desenho de Data Centers e redes conheça em mais detalhes esta nova tecnologia.

Flash é tão importante para a Computação em Nuvem que a Amazon Web Services, em anúncio recente, apresentou seu novo banco de dados em Nuvem, o DynamoDB, e uma das principais mensagens do anúncio era a promessa de altíssimo desempenho devido ao uso de tecnologia Flash.

Isso significa que sua empresa pode estar usando Flash, e você é que não sabia!