Storage para virtualização: O que é e como funciona

Índice:

• O que é um storage para virtualização?
• Como funciona o armazenamento compartilhado?
• Protocolos iSCSI e NFS para virtualização
• O impacto do IOPS e da latência nas VMs
• Acelerando o desempenho com SSDs e NVMe
• A importância da rede para o storage
• Protegendo máquinas virtuais com snapshots
• Alta disponibilidade e recuperação para desastres
• Dimensionando o storage para seu ambiente
• Storages NAS QNAP como solução para virtualização

Muitas empresas adotam a virtualização para consolidar servidores, mas mantêm o armazenamento em discos locais nos hosts. Essa abordagem cria ilhas isoladas, pois dificulta o gerenciamento e impede a movimentação das máquinas virtuais entre os equipamentos físicos.

Essa dependência do hardware local também eleva os riscos. Uma falha em um único servidor físico pode derrubar várias aplicações críticas ao mesmo tempo, porque as VMs não conseguem reiniciar automaticamente em outro host disponível.

Como resultado, um armazenamento centralizado se torna a peça fundamental para construir uma infraestrutura virtualizada resiliente, escalável e com alta disponibilidade para as operações.

O que é um storage para virtualização?

Um storage para virtualização é um sistema de armazenamento centralizado, geralmente um equipamento NAS ou SAN, que fornece volumes para múltiplos servidores (hosts) por meio da rede. Ele funciona como um repositório compartilhado para os arquivos das máquinas virtuais, como os discos virtuais (VMDKs, VHDXs) e arquivos de configuração.

Em vez de usar os discos internos de cada servidor, os hipervisores como VMware ESXi, Microsoft Hyper-V ou Proxmox VE se conectam a esse storage. Essa arquitetura desacopla as VMs do hardware físico, por isso elas podem ser movidas ou reiniciadas em qualquer host do cluster sem qualquer interrupção para o usuário final.

Existem duas formas principais para os hosts acessarem esse armazenamento. Uma delas é o acesso em nível de bloco com o protocolo iSCSI, enquanto a outra é o acesso em nível de arquivo com o protocolo NFS. Ambos os métodos são amplamente usados em ambientes virtualizados.

Como funciona o armazenamento compartilhado?

O armazenamento compartilhado opera como um pool de recursos acessível por todos os hosts em um cluster de virtualização. O hipervisor formata esse espaço com um sistema de arquivos clusterizado, como o VMFS da VMware ou o Cluster Shared Volumes (CSV) da Microsoft. Assim, ele cria um datastore único.

Essa configuração permite que múltiplos servidores leiam e escrevam dados no mesmo volume simultaneamente sem corromper os arquivos. A gestão do acesso concorrente é controlada pelo próprio hipervisor, que coordena as operações para garantir a integridade dos dados das máquinas virtuais.

O principal benefício dessa arquitetura é habilitar funcionalidades avançadas. Por exemplo, a migração ao vivo (Live Migration ou vMotion) move uma VM em execução entre hosts sem downtime. A alta disponibilidade (HA) também reinicia automaticamente uma VM em outro servidor se o host original falhar.

Protocolos iSCSI e NFS para virtualização

O protocolo iSCSI encapsula comandos SCSI em pacotes TCP/IP, por isso transmite dados em nível de bloco pela rede Ethernet padrão. Para o hipervisor, um volume iSCSI (chamado LUN) aparece como um disco local. Essa característica geralmente favorece aplicações que exigem baixa latência e alto desempenho em transações, como bancos de dados.

Já o NFS é um protocolo para compartilhamento de arquivos. Com ele, o host monta um diretório remoto do storage e armazena os arquivos das VMs nesse local. Sua configuração é frequentemente mais simples que a do iSCSI e sua flexibilidade com provisionamento dinâmico (thin provisioning) simplifica bastante a gestão do espaço.

Muitos storages modernos, como os sistemas QNAP, suportam ambos os protocolos simultaneamente. Isso oferece aos administradores a liberdade para escolher a melhor abordagem para cada carga de trabalho. Por exemplo, usar iSCSI para um banco de dados SQL e NFS para servidores web no mesmo equipamento.

O impacto do IOPS e da latência nas VMs

IOPS (operações de entrada e saída por segundo) e latência são duas métricas de desempenho cruciais para um storage em ambientes virtualizados. O IOPS mede quantas operações de leitura e escrita o sistema suporta, enquanto a latência mede o tempo para uma operação ser concluída. Em muitos cenários, a latência baixa é ainda mais importante.

Ambientes com muitas máquinas virtuais geram um padrão de I/O aleatório e intenso, conhecido como "efeito liquidificador" (I/O blender). Um storage com poucos IOPS ou alta latência se torna um gargalo. Como resultado, as VMs ficam lentas e sem resposta, mesmo que os hosts tenham bastante CPU e memória RAM.

Cargas de trabalho como Virtual Desktop Infrastructure (VDI) ou bancos de dados transacionais são muito sensíveis à latência. Nesses casos, um atraso de poucos milissegundos no armazenamento pode degradar drasticamente a experiência do usuário e o desempenho das aplicações.

Acelerando o desempenho com SSDs e NVMe

Os discos rígidos tradicionais (HDDs) oferecem alta capacidade a um custo baixo, mas seu desempenho em operações aleatórias é limitado pela mecânica dos discos. Por outro lado, os SSDs (Solid-State Drives) não possuem partes móveis e entregam IOPS muito superiores com latência bastante inferior.

Uma estratégia comum é usar um storage híbrido, que combina a capacidade dos HDDs com a velocidade dos SSDs por meio de cache. Um storage QNAP com a tecnologia Qtier, por exemplo, move automaticamente os dados mais acessados para os SSDs. Com isso, ele acelera o desempenho das VMs mais ativas.

Para as cargas de trabalho mais exigentes, um storage All-Flash com SSDs NVMe é a solução definitiva. O protocolo NVMe foi projetado especificamente para mídias flash e se conecta via barramento PCIe, por isso elimina gargalos e reduz a latência a níveis mínimos. Essa tecnologia é ideal para bancos de dados de alta performance e aplicações analíticas.

A importância da rede para o storage

A conexão entre os hosts e o storage para virtualização é tão importante quanto o próprio armazenamento. Uma rede de 1GbE rapidamente se torna um gargalo, especialmente quando várias VMs acessam o storage simultaneamente ou durante operações como backups e migrações ao vivo.

Para evitar essa limitação, as infraestruturas modernas utilizam redes de 10GbE, 25GbE ou ainda mais rápidas. Essas conexões garantem largura de banda suficiente para o tráfego de armazenamento e evitam que uma VM com uso intensivo de I/O afete o desempenho das outras.

Além da velocidade, a redundância da rede é essencial. Tecnologias como agregação de links (LACP) e Multipath I/O (MPIO) criam múltiplos caminhos entre o host e o storage. Se uma porta de rede, cabo ou switch falhar, o tráfego é redirecionado por outro caminho sem interromper o acesso das VMs.

Protegendo máquinas virtuais com snapshots

Os snapshots no nível do storage são cópias de um volume em um ponto no tempo. Eles são quase instantâneos e muito eficientes em espaço, pois registram apenas as alterações feitas após sua criação. Isso os diferencia dos snapshots no nível do hipervisor, que podem impactar o desempenho da VM se mantidos por muito tempo.

Sua principal aplicação é a recuperação rápida. Antes de aplicar uma atualização em um sistema operacional ou aplicação, um administrador pode tirar um snapshot. Se algo der errado, ele restaura o volume para o estado anterior em poucos segundos, minimizando o tempo de inatividade.

Os snapshots também são a base para estratégias de backup eficientes. Ferramentas como Veeam ou Nakivo se integram aos storages QNAP para criar backups a partir dos snapshots. Esse método não afeta a performance da VM em produção, porque a cópia dos dados é feita diretamente no storage.

Alta disponibilidade e recuperação para desastres

A alta disponibilidade (HA) é uma das maiores vantagens de usar um storage compartilhado. Se um host físico falhar, o cluster de virtualização detecta o problema e reinicia automaticamente as VMs afetadas em outros servidores saudáveis. Isso acontece porque os arquivos das VMs estão no storage central, acessível por todos.

Para proteção contra falhas maiores, como um desastre no datacenter principal, a replicação remota é a resposta. Essa tecnologia copia os dados do storage primário para um segundo equipamento em um local geograficamente distinto. A replicação pode ser síncrona ou assíncrona.

Com uma cópia atualizada das VMs em um site secundário, o tempo para recuperação (RTO) após um desastre é drasticamente reduzido. Em caso de falha total do site principal, as máquinas virtuais podem ser iniciadas no ambiente de recuperação, garantindo a continuidade dos negócios.

Dimensionando o storage para seu ambiente

A escolha de um storage para virtualização exige uma análise cuidadosa das necessidades do ambiente. O primeiro passo é entender as cargas de trabalho. Um servidor de arquivos possui um perfil de I/O diferente de um servidor de banco de dados ou de um ambiente com dezenas de desktops virtuais.

Com base nisso, é preciso calcular a capacidade de armazenamento necessária, mas também o desempenho esperado em IOPS e latência. É fundamental superestimar ligeiramente esses valores para acomodar picos de uso e o crescimento futuro. Ignorar o desempenho geralmente leva a problemas de performance difíceis de resolver depois.

A conectividade de rede, os recursos para proteção de dados como snapshots e replicação, e a capacidade de expansão do sistema também são critérios importantes. Um bom planejamento evita que o storage se torne um gargalo ou um ponto único de falha em toda a infraestrutura.

Storages NAS QNAP como solução para virtualização

Os storages NAS da QNAP oferecem uma plataforma flexível e poderosa para ambientes virtualizados. Eles suportam os protocolos iSCSI e NFS, por isso se integram facilmente com VMware, Hyper-V e Proxmox. Além disso, muitos modelos possuem certificações oficiais que atestam sua compatibilidade.

Recursos como cache SSD e tiering automático (Qtier) otimizam o desempenho ao colocar os dados mais quentes em mídias mais rápidas. Os snapshots baseados no sistema de arquivos ZFS, por sua vez, fornecem uma proteção de dados robusta e eficiente sem impactar a performance.

Com opções de conectividade que vão de 1GbE a 25GbE e suporte para SSDs NVMe, os sistemas QNAP escalam para atender desde pequenas empresas até ambientes com cargas de trabalho intensivas. A escolha do storage correto afeta diretamente o desempenho, a disponibilidade e a escalabilidade de todo o ambiente virtualizado. Para dimensionar a solução ideal para suas máquinas virtuais, considerando IOPS, capacidade e crescimento, fale com um de nossos especialistas.