Um controlador de armazenamento, muitas vezes chamado de controlador de disco ou processador de armazenamento, é um componente crucial em um sistema de computador, responsável por gerenciar o fluxo de dados entre a unidade de processamento central (CPU) e os dispositivos de armazenamento, como unidades de disco rígido (HDDs), unidades de estado sólido (SSDs) ou outras mídias de armazenamento, como módulos flash NVMe. Sua principal função é facilitar o armazenamento e a recuperação de dados eficientes e organizados em um computador ou sistema de armazenamento.
Funções de um controlador de armazenamento
As principais funções de um controlador de armazenamento incluem:
Gerenciamento de transferência de dados
As controladoras de armazenamento lidam com a transferência de dados entre a memória do computador e o dispositivo de armazenamento. Eles otimizam as taxas de transferência de dados, garantindo que as informações sejam lidas ou gravadas na mídia de armazenamento de maneira oportuna e eficiente. Isso é crucial para manter o desempenho geral do sistema.
Proteção e redundância de dados
Os controladores de armazenamento geralmente incluem recursos para proteção e redundância de dados, como configurações de RAID (matriz redundante de discos independentes) ou codificação de exclusão. Entender esses recursos é essencial para implementar soluções de armazenamento de dados com mecanismos para backup de dados, tolerância a falhas e recuperação.
Compatibilidade de interface
Os controladores de armazenamento são responsáveis por gerenciar a comunicação entre o sistema de computador e vários dispositivos de armazenamento. Diferentes dispositivos de armazenamento podem usar diferentes interfaces (por exemplo, SATA, SAS , U2, PCIe ), e um controlador de armazenamento garante integração e compatibilidade contínuas entre esses componentes.
Gerenciamento de cache
Muitos controladores de armazenamento têm memória em cache integrada para armazenar temporariamente dados acessados com frequência, melhorando o desempenho geral do sistema. Entender como configurar e gerenciar esse cache é essencial para otimizar o desempenho e a capacidade de resposta do armazenamento. Outros gerenciam o cache dinamicamente sem a necessidade de interação do usuário, simplificando muito sua operação.
Gerenciamento de volume lógico
Os controladores de armazenamento desempenham um papel fundamental no gerenciamento de volume lógico, permitindo que os usuários criem, redimensionem e gerenciem volumes de armazenamento lógico. Esse recurso é essencial para organizar e utilizar com eficiência o espaço de armazenamento disponível. Os volumes podem ser criados “espessos”, onde toda a capacidade provisionada é reservada imediatamente, ou “finos”, onde os volumes têm um tamanho máximo provisionado, mas consomem apenas espaço do pool de armazenamento total conforme os dados são gravados neles.
Monitoramento e relatórios
Os controladores de armazenamento geralmente fornecem funcionalidades de monitoramento e geração de relatórios, oferecendo insights sobre a integridade, o desempenho e o status dos dispositivos de armazenamento. Essas informações são essenciais para a manutenção proativa, identificando possíveis problemas antes que resultem em perda de dados ou tempo de inatividade do sistema.
Tipos de controladoras de armazenamento
Os controladores de armazenamento vêm em vários tipos, cada um desenvolvido para casos de uso específicos e com características únicas.
Aqui estão os três tipos mais comuns de controladoras de armazenamento:
Controladores RAID
As controladoras RAID são controladoras especializadas desenvolvidas para gerenciar várias unidades de disco e fornecer melhor desempenho, tolerância a falhas e proteção de dados. Eles suportam vários níveis de RAID, como RAID 0, RAID 1, RAID 5 e RAID 10, cada um oferecendo diferentes combinações de desempenho e redundância. As controladoras RAID frequentemente têm processadores e memória dedicados para lidar com cálculos de paridade, melhorando o desempenho geral do RAID.
As controladoras RAID são comumente usadas em ambientes de servidor onde a integridade de dados, o desempenho e a tolerância a falhas são essenciais. Os aplicativos incluem servidores de arquivos, servidores de banco de dados e outros cenários em que é necessário um equilíbrio entre desempenho e proteção de dados. Eles são adequados para configurações que variam de pequenas empresas a sistemas de armazenamento de nível corporativo.
Controladores Serial Attached SCSI (SAS)
As controladoras SAS gerenciam a comunicação entre um sistema de computador e dispositivos de armazenamento baseados em SAS, como discos rígidos SAS e SSDs. O SAS é um protocolo serial ponto a ponto de alto desempenho que suporta taxas de transferência de dados mais altas e comprimentos de cabo mais longos em comparação com o SATA. As controladoras SAS muitas vezes podem ser compatíveis com dispositivos SATA, proporcionando flexibilidade nas configurações de armazenamento.
As controladoras SAS são comumente empregadas em ambientes de nível corporativo que exigem transferência de dados e confiabilidade de alta velocidade. Os servidores que lidam com tarefas com uso intensivo de dados, como bancos de dados corporativos, virtualização e computação de alto desempenho, se beneficiam das controladoras SAS.
As controladoras SAS também são adequadas para cenários que exigem a ligação em série de dispositivos de armazenamento de maneira robusta e escalável.
Controladores Serial ATA (SATA)
As controladoras SATA gerenciam a comunicação entre um sistema de computador e dispositivos de armazenamento baseados em SATA, incluindo HDDs e SSDs SATA. O SATA é uma interface econômica e amplamente adotada que oferece bom desempenho para muitas tarefas de computação de uso geral. As controladoras SATA são normalmente integradas a placas-mãe e adequadas para desktops, laptops e aplicativos de servidor de pequena escala.
As controladoras SATA são amplamente usadas em dispositivos de nível de consumidor, incluindo computadores pessoais, consoles de jogos e soluções de armazenamento externo. Eles são adequados para aplicativos em que a economia é crucial e a transferência de dados de alta velocidade não é o requisito principal. As controladoras SATA são frequentemente encontradas em ambientes domésticos e de pequenas empresas, onde as demandas de armazenamento são moderadas.
Controladores de array de armazenamento
Esse tipo de controlador é responsável por gerenciar um conjunto muito grande de dispositivos de armazenamento, fornecendo serviços de dados, redundância e alta disponibilidade para todos os volumes apresentados. Ao contrário dos controladores mencionados anteriormente que residem em um servidor, um controlador de armazenamento é um servidor dedicado apenas a dispositivos de armazenamento. Os sistemas que usam controladores de array de armazenamento podem ter um único controlador ou mais.
Benefícios dos controladores de armazenamento
O uso de um controlador de armazenamento em um sistema de armazenamento de dados oferece vários benefícios.
Aqui estão as principais vantagens que eles oferecem:
Melhoria no desempenho
Os controladores de armazenamento otimizam a transferência de dados entre o sistema de computador e os dispositivos de armazenamento, melhorando o desempenho geral. Recursos como mecanismos de cache e leitura antecipada ajudam a reduzir a latência, garantindo acesso mais rápido aos dados usados com frequência. O software inovador no controlador de armazenamento também pode aumentar as velocidades de acesso ao armazenamento otimizando os meios de comunicação com os dispositivos de armazenamento, gravando dados com eficiência ou reduzindo os dados e rastreando-os por metadados para menos leituras e gravações do dispositivo de armazenamento.
Redundância de dados e tolerância a falhas
As controladoras de armazenamento, especialmente as controladoras RAID, permitem a implementação de configurações RAID que fornecem redundância e tolerância a falhas. Os níveis de RAID, como RAID 1 (espelhamento) e RAID 5 (listras com paridade), oferecem proteção contra perda de dados em caso de falha de disco. A codificação de exclusão é uma alternativa ao RAID, onde os dados não são listados no nível do dispositivo de armazenamento, mas no nível dos dados. Isso tem o benefício de não precisar recriar dispositivos inteiros se eles forem substituídos, apenas os dados que estavam presentes na própria unidade ou expandir facilmente um conjunto de dispositivos de armazenamento com mais dispositivos.
Escalabilidade
Os controladores de armazenamento facilitam a escalabilidade dos sistemas de armazenamento ao dar suporte à adição de mais dispositivos de armazenamento. Eles permitem a criação e o gerenciamento de volumes lógicos, permitindo a organização eficiente e a expansão da capacidade de armazenamento conforme necessário.
Compatibilidade e gerenciamento de interface
Os controladores de armazenamento garantem compatibilidade entre o sistema de computador e vários dispositivos de armazenamento com diferentes interfaces, como SATA, SAS ou PCIe. Eles gerenciam protocolos de comunicação, permitindo a integração contínua de diversas tecnologias de armazenamento em um único sistema. Além disso, os controladores de array de armazenamento não só podem combinar diferentes mídias de dispositivo de armazenamento, mas também apresentar volumes criados a partir deles de outras maneiras para acesso remoto ao host, como Fibre Channel Protocol, iSCSI ou NVMe por Fabrics.
Gerenciamento de volume lógico
Os controladores de armazenamento permitem o gerenciamento lógico do volume, oferecendo flexibilidade no particionamento e utilização do espaço de armazenamento disponível. Esse recurso permite a criação, o redimensionamento e o gerenciamento de volumes lógicos, otimizando a organização do armazenamento.
Segurança de dados
Os controladores de armazenamento contribuem para a segurança de dados por meio de recursos como mecanismos de verificação de erros, configurações de RAID e codificação de exclusão. Os níveis de RAID, como RAID 1 e RAID 10, criam duplicatas de dados (espelhamento ), garantindo integridade e disponibilidade de dados no caso de uma falha de disco. RAID 5 e RAID 6 listam os dados em todos os dispositivos no pool de armazenamento, mas criam uma faixa de paridade adicional que garante que se um dispositivo de armazenamento (no caso de RAID 5) for perdido ou dois dispositivos de armazenamento (no caso de RAID 6) forem perdidos, os dados ainda estarão disponíveis. A codificação de exclusão tem esses mesmos níveis de proteção, mas é centrada em dados com sua proteção em comparação com a codificação de dispositivo de armazenamento centrada em RAID.
Monitoramento e relatórios
Muitos controladores de armazenamento oferecem ferramentas de monitoramento e geração de relatórios, fornecendo insights sobre a integridade, o desempenho e o status dos dispositivos de armazenamento. Os administradores podem resolver proativamente possíveis problemas, minimizando o risco de perda de dados e tempo de inatividade do sistema.
Gerenciamento de cache
Controladores de armazenamento com memória de cache melhoram o desempenho geral do sistema ao armazenar temporariamente dados acessados com frequência. O gerenciamento de cache ajuda a reduzir a latência nas operações de recuperação e armazenamento de dados, principalmente em cenários com altas demandas I/O.
Processamento eficiente de comandos
Os controladores de armazenamento interpretam e executam comandos com eficiência do sistema de computador, garantindo a execução precisa e oportuna das operações de leitura e gravação. Isso resulta em transferências de dados mais tranquilas e confiáveis entre a CPU e os dispositivos de armazenamento. Os controladores podem ser otimizados para o tipo de dispositivo de armazenamento que suportam, como flash, para melhorar ainda mais a eficiência do comando.
Fatores a considerar ao escolher um controlador de armazenamento
Veja a seguir os fatores a serem considerados ao escolher um controlador de armazenamento:
Compatibilidade
Garanta compatibilidade com os dispositivos de armazenamento que você planeja usar, como HDDs, SSDs ou uma combinação de ambos. Certifique-se de verificar a compatibilidade com o hardware e o sistema operacional do servidor ou do sistema de armazenamento.
Tipo de interface
Escolha uma interface que atenda aos seus requisitos de desempenho e escalabilidade. As interfaces comuns incluem SATA, SAS e NVMe . Considere a versão da interface (por exemplo, SATA III, SAS 12Gbs) para obter taxas ideais de transferência de dados. Isso inclui conectividade de host ao escolher um controlador de array de armazenamento.
Capacidade e escalabilidade
Avalie a capacidade máxima suportada do controlador de armazenamento para garantir que ele possa atender às suas necessidades de armazenamento atuais e futuras. Considere opções de escalabilidade, como a capacidade de adicionar controladores de armazenamento ou módulos de expansão adicionais para aumentar a capacidade ou o desempenho.
Suporte a RAID e codificação de exclusão
Determine os níveis de resiliência suportados pelo controlador de armazenamento. As configurações de codificação RAID e de exclusão afetam a proteção de dados, o desempenho e a utilização da capacidade. Verifique se o controlador é compatível com RAID de hardware ou codificação de exclusão. Caso contrário, seu sistema operacional poderá fornecer RAID de software ou codificação de exclusão às custas dos ciclos de CPU.
Desempenho
Avalie o desempenho de leitura e gravação do controlador de armazenamento, incluindo suas taxas de transferência de dados e IOPS (operações de entrada/saída por segundo). Considere a presença de recursos como memória em cache e seu tamanho, pois isso pode afetar significativamente o desempenho. Mais importante, garanta que o controlador possa entregar dados rapidamente para seus aplicativos. Fornecer um grande número de IOPS pode ser ótimo, a menos que cada operação leve 500 ms para ser concluída. Isso é chamado de latência e pode ter um impacto significativo no desempenho dos seus aplicativos.
Proteção e redundância de dados
Procure recursos que melhorem a proteção de dados, como codificação RAID/apagamento, componentes hot-swap e suporte para fontes de alimentação redundantes. Avalie a capacidade do controlador de detectar e corrigir erros e sua capacidade de sobreviver a eventos de perda de energia, como cache com suporte de bateria ou supercapacitor.
Fator de forma
Certifique-se de que o tamanho físico e o fator de forma do controlador de armazenamento sejam compatíveis com o servidor ou o gabinete de armazenamento. Considere fatores de forma discretos ou de altura total com base no design do seu sistema. Os controladores de array de armazenamento são instalados diretamente em racks de servidor, portanto, certifique-se de que haja amplas unidades de rack, energia e refrigeração disponíveis.
Gerenciamento e monitoramento
Verifique a disponibilidade de ferramentas de gerenciamento e software para monitorar e configurar o controlador de armazenamento. Procure recursos como recursos de gerenciamento remoto, alertas e notificações. Avalie como o controlador pode ser gerenciado após a implantação inicial. Ela exige uma interface de comando com comandos para aprender? Ele inclui uma interface gráfica do usuário (GUI, Graphical User Interface) ou um software fácil de usar? Você pode automatizar tarefas no controlador com scripts ou APIs?
Eficiência energética
Avalie o consumo de energia do controlador de armazenamento, especialmente se a eficiência energética for uma consideração crítica para o seu ambiente. Meça não apenas o total de watts consumidos, mas também o terabyte efetivo por watt para avaliar a densidade de potência.
Considerações orçamentárias
Avalie o custo do controlador de armazenamento em relação ao seu orçamento geral. Considere o custo total de propriedade, incluindo fatores como consumo de energia e custos de manutenção. Se o controlador suportar provisionamento thin, desduplicação, compactação e/ou remoção de padrão, leve em consideração a economia esperada dessas tecnologias por um custo efetivo por terabyte.
Garantia e suporte ao fornecedor
Escolha fornecedores respeitáveis que ofereçam um bom suporte ao cliente e forneçam atualizações de firmware para o controlador de armazenamento. Verifique os termos e condições da garantia, incluindo a disponibilidade de opções de garantia estendida ou se surgirá um ponto em que o controlador não possa mais ser suportado e precise ser substituído.
Preparação para o futuro
Considere o roteiro do fornecedor do controlador de armazenamento para garantir compatibilidade com tecnologias e padrões emergentes.
Conclusão
Escolher o controlador de armazenamento certo é essencial para a eficiência geral, confiabilidade e segurança do sistema. Ela afeta vários aspectos, incluindo otimização de desempenho, proteção de dados, escalabilidade e adaptabilidade futura. Os tipos de controladora de armazenamento incluem controladores RAID, SAS, SATA e array, cada um com características e casos de uso exclusivos. Há vários fatores a serem considerados ao escolher um controlador de armazenamento, incluindo compatibilidade, tipo de interface, capacidade e escalabilidade, suporte à codificação RAID/apagamento e muito mais.
Com o Evergreen ® Storage da Pure Storage, você pode fazer upgrade de controladoras sem tempo de inatividade ou interrupção. Evergreen Leia este whitepaper para entender como o FlashArray. . é desenvolvido para armazenamento permanente.
