Sistemas de armazenamento primário, secundário e de camadas

Quando os datacenters ainda se chamavam CPD e os computadores predominantes eram os mainframes, o termo “armazenamento primário” geralmente se referia aos sistemas de armazenamento com acesso direto à CPU, como memórias voláteis do tipo RAM.

Já o termo “armazenamento secundário” era aplicado para as mídias não voláteis, ou seja, os componentes que mantinham os dados armazenados de forma permanente, mesmo quando desligados da energia.

Essa categoria incluía todos os hard disks, arranjos de discos, drives de fitas e outras soluções baseadas em mídia óptica. Mas o tempo passou e esses conceitos foram atualizados.

Atualmente classificamos como armazenamento primário qualquer sistema de disco ou memória que suporte as aplicações principais dos nossos servidores de produção.

O que é armazenamento primário?

O armazenamento primário são os sistemas, formados por hardware e software, capazes de capturar, reter e compartilhar informações (dados) que são críticas para as operações de uma organização ou sistema.

Os dados do sistema de um armazenamento primário estão em uso e são frequentemente acessados por servidores, aplicativos ou usuários, provendo suporte à processos vitais de uso diário.

Os tier 1 storages como armazenamento primário

Até antes do advento das memórias SSD de uso comercial massivo, a maioria dos storages de produção (primários) usava apenas hard disks para armazenar dados. Assim o armazenamento primário dependia de vários hard disks, geralmente configurados em grandes arranjos, para entregar volumes de I/O e a segurança exigida por sistemas corporativos.

Durante muito tempo os storages baseados em disco (SCSI, FC e SAS) foram os responsáveis por armazenar, compartilhar e gerenciar dados e aplicativos essenciais ao uso diário de qualquer organização de médio ou grande porte.

Classificados como armazenamento tier 1, esses sistemas eram responsáveis pelas operações organizacionais importantes, que geralmente dependem de leituras e gravações rápidas, como qualquer aplicativo vinculado a área financeira, médica ou operações comerciais.

Sistemas como esses eram responsáveis, por exemplo, em manter bancos de dados transacionais para atender diversos aplicativos exigentes em performance. O armazenamento de camada 1 era o storage que oferecia a menor latência e taxa de transferência necessária para esse fim.

Como os dados vitais de grandes organizações sempre foram armazenados em mídias mais confiáveis e de melhor performance, os conceitos de “armazenamento primário” ou “tier 1 storage” também serviu para precificar as soluções corporativas mais caras e seguras.

O surgimento dos sistemas híbridos de armazenamento

A evolução constante na tecnologia e a redução drástica dos preços das memórias de estado sólido trouxeram novas soluções de armazenamento para servidores, equipadas com memórias flash, de maior performance e menor custo que os antigos tier 1 storages até então disponíveis.

Como os sistemas de melhor desempenho e maior segurança sempre foram alocados para o armazenamento primário, alguns fabricantes adotaram o conceito de “tier 0 storage” para as soluções de altíssima performance baseadas em flash.

Com a chegada dos hybrid storages o conceito de armazenamento em camadas ganhou força e também evoluiu.

O armazenamento secundário

Em contraste ao sistema de armazenamento primário, o armazenamento secundário tem como objetivo armazenar dados que possuem menor frequência de acesso ou que não são mais acessados.

Como os dados secundários têm utilidade imediata limitada e raramente são acessados, eles costumam ser chamados de cold storage ou dados em repouso.

Storages SATA de baixo custo e bibliotecas de fita fazem parte dos sistemas de armazenamento secundário, e são os sistemas responsáveis para armazenar dados de backup, arquivos ou aplicativos menos acessados.

Por serem mais baratos que soluções tier 0 e 1, o armazenamento secundário também pode ser usado como contingência de sistemas de armazenamento corporativos de alta disponibilidade.

O armazenamento em camadas

Os armazenamentos primário e secundário deram origem a arquitetura de armazenamento em camadas, que compreende pelo menos dois grandes níveis hierárquicos de classificação, embora ambientes mais complexos geralmente possuam camadas adicionais.

Independentemente do número de camadas de armazenamento, a camada principal normalmente é reservada para dados transacionais ou aplicativos e dados de missão crítica, que requerem um ambiente de alta disponibilidade e de alto desempenho.

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Tipos de armazenamento primário

O armazenamento primário não necessariamente é um grande sistema de armazenamento de alta disponibilidade. O que qualifica um armazenamento como primário é o seu uso, não sua arquitetura de armazenamento.

Dependendo do ambiente de computação, um sistema de armazenamento primário ser apenas um disco rígido ou memória flash, instalada localmente num servidor de arquivos ou de aplicação.

Como alternativa, a camada de armazenamento principal também pode ser uma rede de área de armazenamento (SAN) ou um array de armazenamento conectado à rede (NAS).

Se o armazenamento primário de uma organização for usado para aplicativos de milhares de transações e alto volume de acesso aleatório como sistemas para gerenciamento de banco de dados, a camada principal geralmente será um ou mais dispositivos associados a uma rede SAN.

O armazenamento SAN são sistemas orientados a blocos, ou seja, eles armazenam e acessam dados em blocos de tamanho predeterminado em suas mídias. O armazenamento orientado a bloco opera de forma parecida como um uma unidade de disco rígido ou memória SSD interna.

Esses sistemas armazenam, catalogam e acessam os dados armazenados de forma granular, normalmente fornecendo maior desempenho para aplicações como sistemas de banco de dados.

O NAS como armazenamento primário

Um NAS também pode ser usado como armazenamento primário, mas usa uma forma diferente para armazenar os dados. Enquanto os sistemas de armazenamento SAN gravam dados em pequenos blocos fragmentados, os storages NAS armazenam seus dados sob forma de arquivos.

Aplicativos como o Word ou Excel localizam seus documentos ou planilhas por meio de um serviço de diretório, que coleta as várias partes gravadas do arquivo, que podem estar em um único disco ou espalhadas por várias unidades, mas apresenta resultado para o aplicativo como um único arquivo.

Por causa desse processo, sistemas baseados em arquivos como os NAS tendem a ser mais lentos do que SANs, mas ainda podem atender aos requisitos de ser um armazenamento primário de uma organização.

Os riscos de ter o armazenamento primário na nuvem

Os serviços de armazenamento em nuvem também podem eventualmente servir como armazenamento primário, mas por serem remotos, as características de uso são muito diferentes das redes SAN ou storages NAS.

Armazenar na nuvem à grosso modo significa entregar a chave do carro para outro motorista, ou seja, renunciar ao gerenciamento e controle do ambiente.

Se um aplicativo estiver hospedado num datacenter terceirizado, ele necessariamente terá que ser acessado através de uma rede privada ou pública, como a internet.

Assim, mesmo que o armazenamento primário entregue as solicitações de dados exigidas rapidamente, o sistema sempre estará limitado à qualidade da infraestrutura de telecomunicações, que nem sempre atende os padrões de performance necessários.

Como montar um sistema de armazenamento confiável?

Qualquer sistema de armazenamento, seja ele instalado localmente em um servidor, conectado em rede, de nuvem ou compartilhado como SAN ou NAS, deve ser composto por mídias de armazenamento confiáveis.

A mídia mais comum utilizada como armazenamento primário continua sendo os hard disks, sozinhos ou agrupados em arranjos RAID dentro de storages, principalmente por características como alta capacidade e um preço competitivo.

Aplicações corporativas que exigem alto desempenho do armazenamento primário estão cada vez mais substituindo os sistemas baseados em discos por unidades de estado sólido (SSDs).

Alguns sistemas de armazenamento primário podem inclusive empregar ambos os tipos de mídia de armazenamento, usando as memórias flash para proporcionar maior processamento e velocidade de acesso e unidades de disco rígido para armazenamento em massa dos dados necessários.

Alguns desses sistemas híbridos permitem ainda a instalação de cache, que combina recursos do armazenamento flash com os da memória RAM e funciona em conjunto com a CPU do sistema para aumentar a performance ao fornecer dados aos aplicativos.

Embora as memórias para cache e de estado sólido (SSD, M.2 e NVMe) sejam um pouco mais lentas do que a memória RAM, elas são muito mais rápidas do que as unidades de estado sólido de uso doméstico, tornando-as ideais para uso como armazenamento primário em aplicações como bancos de dados na memória.

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