Storage para VMware: Os sistemas de armazenamento para virtualização

Índice:

• Como funciona um storage para VMware?
• A escolha pelo protocolo iSCSI para seu armazenamento
• O uso do protocolo NFS em ambientes VMware
• Datastores em bloco ou por arquivo para suas VMs
• O impacto da rede no desempenho do armazenamento
• A importância do IOPS e da latência para as máquinas virtuais
• Acelerando o storage para VMware com SSDs e NVMe
• Protegendo as VMs com snapshots e replicação
• Alta disponibilidade (HA) e vMotion com um storage centralizado
• Dimensionando o sistema de armazenamento correto

Muitas empresas adotam o VMware para consolidar servidores e otimizar recursos computacionais. Essa estratégia funciona bem inicialmente, mas o armazenamento local nos hosts ESXi logo se torna um gargalo. Cada servidor vira uma ilha isolada, o que impede a movimentação das máquinas virtuais.

Essa limitação compromete recursos essenciais como o vMotion e a alta disponibilidade. Um servidor físico com falha pode derrubar várias aplicações críticas, porque as VMs não conseguem migrar para outro host. A gestão também fica mais complexa e o risco sobre a operação aumenta consideravelmente.

Como resultado, um sistema de armazenamento centralizado surge como a resposta para superar esses obstáculos. Ele unifica os dados das VMs e libera todo o potencial da infraestrutura VMware.

Como funciona um storage para VMware?

Um storage para VMware atua como um repositório centralizado, conhecido como datastore, acessível a múltiplos hosts ESXi pela rede. Ele desacopla os dados das máquinas virtuais do hardware físico do servidor. Isso permite que qualquer host em um cluster acesse e execute as mesmas VMs. Na prática, o storage se torna o coração do ambiente virtualizado.

A comunicação entre os hosts e o sistema de armazenamento ocorre por protocolos específicos. Os dois principais são o iSCSI, que opera em bloco, e o NFS, que funciona com arquivos. Um storage NAS QNAP, por exemplo, suporta ambos os protocolos e oferece uma plataforma flexível para criar datastores compartilhados e robustos para ambientes VMware.

Essa arquitetura centralizada é o que viabiliza funcionalidades avançadas. Sem um armazenamento compartilhado, recursos como a migração ao vivo (vMotion) e a recuperação automática após falhas (High Availability) simplesmente não funcionam. Portanto, a escolha do storage correto é fundamental para a estabilidade e a escalabilidade da infraestrutura.

A escolha pelo protocolo iSCSI para seu armazenamento

O protocolo iSCSI transporta comandos SCSI sobre redes TCP/IP. Para o VMware, um datastore iSCSI aparece como um disco local, embora esteja na rede. Essa abordagem em bloco é ideal para cargas de trabalho que exigem alto desempenho, como bancos de dados e aplicações com muitas transações. A comunicação direta em nível de bloco geralmente resulta em menor latência.

A configuração envolve criar uma LUN (Logical Unit Number) no storage. Essa LUN é apresentada aos hosts ESXi, que a formatam com o sistema de arquivos VMFS (Virtual Machine File System). O VMFS é otimizado para virtualização e suporta acesso simultâneo por vários hosts, um requisito para clusters VMware. Vários administradores preferem essa abordagem pela sua familiaridade com o gerenciamento de discos.

No entanto, o gerenciamento de LUNs e a configuração do MPIO (Multipath I/O) para redundância podem adicionar alguma complexidade. Ainda assim, para muitas aplicações críticas, o controle granular e o desempenho consistente do iSCSI justificam o esforço adicional na implementação. Um bom planejamento da rede é essencial para evitar gargalos.

O uso do protocolo NFS em ambientes VMware

O NFS (Network File System) é um protocolo de compartilhamento de arquivos que simplifica muito a criação de datastores. Diferente do iSCSI, não é preciso gerenciar LUNs ou formatação com VMFS. O administrador apenas cria um compartilhamento no storage e o monta como um datastore nos hosts ESXi. Essa simplicidade acelera a implantação e facilita a manutenção.

Um datastore NFS é essencialmente uma pasta compartilhada. As máquinas virtuais são armazenadas como arquivos dentro dessa pasta. Essa abordagem oferece bastante flexibilidade para o provisionamento do espaço. Por exemplo, o thin provisioning, que aloca espaço conforme a necessidade, é inerente ao NFS e muito fácil de usar.

Embora antigamente existisse uma percepção sobre o desempenho do NFS ser inferior ao do iSCSI, as redes modernas de 10GbE ou mais rápidas praticamente eliminaram essa diferença para a maioria das cargas de trabalho. Hoje, a escolha entre NFS e iSCSI frequentemente se baseia mais na preferência da equipe de TI e na simplicidade operacional do que em diferenças drásticas de performance.

Datastores em bloco ou por arquivo para suas VMs

A decisão entre um datastore em bloco (iSCSI) e um por arquivo (NFS) gera muitas discussões técnicas. O iSCSI oferece acesso direto ao bloco, o que pode beneficiar aplicações sensíveis à latência, como grandes bancos de dados. Ele também permite o uso de alguns recursos específicos do VMware que dependem de acesso em bloco.

Por outro lado, o NFS se destaca pela sua simplicidade. A configuração é mais rápida e o gerenciamento do espaço é mais flexível. Não há a complexidade das LUNs e do multipathing, o que reduz a chance de erros na configuração. Para ambientes com muitas VMs de uso geral ou para equipes que buscam agilidade, o NFS frequentemente é a melhor escolha.

Vale ressaltar que storages modernos como os da QNAP otimizam ambos os protocolos. Com hardware potente, SSD caching e redes de alta velocidade, a diferença de desempenho entre eles se torna mínima. A escolha final deve considerar a carga de trabalho, a experiência da equipe e os objetivos operacionais, não apenas a tecnologia do protocolo.

O impacto da rede no desempenho do armazenamento

A rede é a espinha dorsal da comunicação entre os hosts VMware e o storage compartilhado. Uma rede lenta ou mal configurada anula qualquer benefício de um armazenamento rápido. Usar uma rede de 1GbE para tráfego de storage é uma receita para gargalos severos, pois a banda é facilmente saturada por algumas poucas VMs ativas.

Para um desempenho adequado, uma infraestrutura de rede com no mínimo 10GbE é recomendada. Em ambientes maiores ou com cargas de trabalho intensivas, interfaces de 25GbE ou superiores são ainda melhores. Além da velocidade, é importante isolar o tráfego de armazenamento do restante da rede usando VLANs ou switches dedicados. Isso garante que as operações de I/O não compitam com o tráfego de usuários ou de gerenciamento.

Recursos como Jumbo Frames, que aumentam o tamanho do payload por pacote, também podem melhorar a eficiência e reduzir a carga na CPU dos hosts e do storage. A configuração correta do virtual switch (vSwitch) no VMware e a utilização de múltiplas NICs para redundância e balanceamento de carga (NIC teaming) são práticas essenciais para construir uma rede de armazenamento resiliente e performática.

A importância do IOPS e da latência para as máquinas virtuais

Dois indicadores são cruciais para medir o desempenho do armazenamento: IOPS e latência. O IOPS (operações de entrada e saída por segundo) mede a quantidade de operações de leitura e escrita que o sistema consegue executar. A latência, por sua vez, mede o tempo que cada uma dessas operações leva para ser concluída.

Máquinas virtuais, especialmente em ambientes com muitos usuários ou aplicações transacionais, geram um padrão de I/O muito aleatório. Um storage com baixo IOPS ou alta latência causa lentidão perceptível. Os usuários reclamam que as aplicações estão "travando", e os processos em lote demoram muito mais para terminar. Esse fenômeno, conhecido como "storage I/O contention", é um dos principais vilões da performance em ambientes virtualizados.

Discos rígidos tradicionais (HDDs) são bons para armazenamento sequencial e oferecem grande capacidade a baixo custo, mas sofrem para entregar alto IOPS. Por isso, para a maioria das cargas de trabalho de VM, eles não são suficientes como camada primária de armazenamento. A solução para esse problema está no uso de mídias mais rápidas.

Acelerando o storage para VMware com SSDs e NVMe

Os SSDs (Solid-State Drives) revolucionaram o armazenamento para virtualização. Por não terem partes móveis, eles entregam um número de IOPS muito superior e uma latência muito inferior aos HDDs. Substituir ou complementar HDDs com SSDs é a forma mais eficaz para eliminar gargalos de I/O e melhorar a resposta das máquinas virtuais.

Os SSDs NVMe (Non-Volatile Memory Express) representam um passo adiante. Eles se conectam diretamente ao barramento PCIe do sistema, contornando as controladoras SATA ou SAS mais lentas. Isso reduz ainda mais a latência e maximiza o throughput. Um storage all-flash com SSDs NVMe oferece o melhor desempenho possível para as cargas de trabalho mais exigentes.

Muitas empresas adotam uma abordagem híbrida para equilibrar custo e performance. Storages QNAP com a tecnologia Qtier, por exemplo, movem automaticamente os dados mais acessados ("quentes") para os SSDs e os dados menos acessados ("frios") para os HDDs. Outra opção é usar SSDs como um grande cache de leitura e escrita. Ambas as estratégias aceleram significativamente o desempenho geral do datastore sem o custo de uma solução totalmente flash.

Protegendo as VMs com snapshots e replicação

A proteção dos dados é tão importante quanto o desempenho. O VMware oferece snapshots, mas eles são projetados para uso temporário, como antes de uma atualização. Manter snapshots do VMware por muito tempo degrada a performance da VM e consome espaço rapidamente. Para uma proteção robusta, os snapshots baseados em storage são a melhor alternativa.

Um storage NAS QNAP pode tirar snapshots de LUNs iSCSI ou compartilhamentos NFS quase instantaneamente e sem impacto no desempenho das VMs. Esses snapshots são cópias "point-in-time" que podem ser usadas para restaurar uma VM inteira, um arquivo específico ou até mesmo todo o datastore em minutos. É uma ferramenta poderosa para recuperação após falhas de software, ataques de ransomware ou erros humanos.

Além dos snapshots locais, a replicação remota é fundamental para um plano de recuperação de desastres (DR). É possível configurar o storage para replicar os snapshots para outra unidade em um local diferente. Se o datacenter principal ficar indisponível, as VMs podem ser restauradas e iniciadas no site secundário, garantindo a continuidade dos negócios com um RPO (Recovery Point Objective) muito baixo.

Alta disponibilidade (HA) e vMotion com um storage centralizado

O verdadeiro poder do VMware se revela com recursos como High Availability (HA) e vMotion, e ambos dependem totalmente de um storage compartilhado. O HA monitora os hosts ESXi em um cluster. Se um host físico falhar, o HA reinicia automaticamente as máquinas virtuais que estavam nele em outros hosts saudáveis do cluster. Isso ocorre porque os arquivos das VMs estão no datastore central, acessível a todos.

O vMotion, por sua vez, permite migrar uma máquina virtual em execução de um host para outro sem qualquer tempo de inatividade. Os usuários nem percebem que a VM mudou de servidor físico. Isso é essencial para manutenções programadas, como atualizações de hardware ou firmware, e para balanceamento de carga dinâmico com o DRS (Distributed Resource Scheduler).

Sem um storage centralizado, nada disso seria possível. As VMs ficariam presas ao hardware físico, e qualquer falha no servidor resultaria em downtime. Portanto, investir em um sistema de armazenamento compartilhado e confiável é o que transforma um conjunto de servidores virtuais em uma infraestrutura verdadeiramente resiliente e flexível.

Dimensionando o sistema de armazenamento correto

Escolher um storage para VMware vai muito além de apenas olhar a capacidade em terabytes. Um dimensionamento incorreto pode levar a um investimento desperdiçado ou, pior, a uma infraestrutura que não suporta a carga de trabalho. É preciso analisar o ambiente de forma holística para tomar a decisão certa.

O primeiro passo é entender os requisitos de IOPS e latência das suas aplicações. Quantas VMs serão executadas? Qual o perfil de cada uma? Um servidor de banco de dados tem uma demanda muito diferente de um servidor de arquivos. A partir daí, é possível definir a configuração de discos ideal, seja ela all-flash, híbrida ou baseada em HDDs com cache SSD. A conectividade de rede, como 10GbE ou 25GbE, também é um fator decisivo.

Um storage QNAP oferece a flexibilidade para construir uma solução sob medida, combinando diferentes tipos de discos, protocolos e interfaces de rede. No entanto, alinhar todos esses fatores com o orçamento e os planos de crescimento futuro exige conhecimento técnico. A escolha errada compromete a performance e a disponibilidade das suas máquinas virtuais.

Fale com um de nossos especialistas. Nossa equipe pode ajudar a analisar suas necessidades de capacidade, IOPS, latência e conectividade para projetar o sistema de armazenamento ideal para sua infraestrutura VMware.