O que é throughput de storage?

Índice:

• O que é throughput em um storage?
• Diferença entre throughput e IOPS
• Quais fatores influenciam o fluxo de dados?
• Como a rede limita a taxa de transferência?
• A importância do tipo de disco no desempenho
• O papel do arranjo RAID na performance
• Quando o throughput se torna um gargalo?
• Como medir o throughput do seu sistema?
• Otimizando sua infraestrutura para alto desempenho
• O suporte especializado para otimizar o armazenamento

Muitos profissionais investem em um sistema de armazenamento com alta capacidade, mas frequentemente enfrentam lentidão ao transferir arquivos grandes. Essa discrepância entre a velocidade teórica e o desempenho real confunde vários usuários. A performance prometida na embalagem raramente corresponde à experiência cotidiana.

Essa diferença ocorre porque a velocidade máxima anunciada ignora inúmeros fatores práticos. A rede, o tipo de disco e até mesmo o software utilizado impactam diretamente o fluxo de dados. Sem entender esses elementos, a frustração com o baixo desempenho é quase inevitável.

Assim, compreender o throughput real em um storage é fundamental para diagnosticar gargalos. Essa análise também ajuda a projetar uma infraestrutura que realmente atenda às demandas por velocidade, seja em casa ou em um datacenter.

O que é throughput em um storage?

Throughput em um storage representa o volume real de dados transferido com sucesso em um determinado período. Essa métrica, geralmente medida em megabytes por segundo (MB/s) ou gigabytes por segundo (GB/s), reflete a velocidade efetiva do sistema. Diferente da largura de banda, que indica a capacidade máxima teórica, o throughput mostra o desempenho prático alcançado.

Imagine uma rodovia com um limite de 120 km/h. Essa seria a largura de banda. O throughput, por outro lado, é a quantidade de carros que realmente passam por um ponto em uma hora, considerando o trânsito e outros fatores. Por isso, um storage pode ter uma conexão 10GbE, mas entregar um fluxo de dados muito menor.

Em resumo, o throughput é a medida que importa para avaliar a performance em tarefas cotidianas. Ele quantifica a velocidade com que seu sistema consegue ler ou gravar grandes volumes de informações, como backups, arquivos de vídeo ou máquinas virtuais.

Diferença entre throughput e IOPS

Enquanto o throughput mede o volume de dados sequenciais, o IOPS (operações de entrada e saída por segundo) quantifica o número de operações de leitura e escrita que um sistema executa. As duas métricas avaliam cenários de uso distintos. Um alto throughput é vital para transferir arquivos grandes, como vídeos em 4K.

Já o IOPS é mais relevante para cargas de trabalho com muitos arquivos pequenos e acessos aleatórios. Pense em um banco de dados ou em um sistema operacional que precisa acessar milhares de pequenos arquivos rapidamente. Nessas situações, um IOPS elevado é mais importante que um throughput massivo.

Portanto, a escolha entre otimizar para throughput ou para IOPS depende da aplicação principal. Servidores de arquivos e sistemas para edição de vídeo se beneficiam com alto throughput. Ambientes de virtualização e bancos de dados, por outro lado, exigem um IOPS superior para funcionar bem.

Quais fatores influenciam o fluxo de dados?

Vários componentes em uma infraestrutura de TI podem limitar a taxa de transferência de um storage. O tipo de disco é um dos principais. Um disco rígido (HDD) com 7.200 RPM, por exemplo, raramente ultrapassa 150 MB/s. Já um SSD SATA pode atingir cerca de 550 MB/s, enquanto um SSD NVMe supera facilmente os 3.000 MB/s.

A configuração do arranjo RAID também tem um papel significativo. Um RAID 5 ou RAID 6 impõe uma penalidade na escrita por causa do cálculo para paridade, o que reduz o throughput. Por outro lado, um RAID 10 oferece excelente performance para leitura e escrita, mas com um custo maior por terabyte.

Além disso, a própria rede, os protocolos de comunicação como SMB ou NFS e até mesmo o poder de processamento do servidor de armazenamento impactam o resultado final. Um único componente lento em toda a cadeia pode criar um gargalo e comprometer o desempenho geral.

Como a rede limita a taxa de transferência?

A infraestrutura de rede é frequentemente o gargalo mais comum em ambientes de armazenamento. Uma conexão Gigabit Ethernet (1GbE), presente em muitas empresas e residências, possui uma velocidade teórica máxima em torno de 125 MB/s. Na prática, esse valor é ainda menor devido a sobrecargas do protocolo.

Isso significa que, mesmo com um storage all-flash equipado com SSDs NVMe capazes de entregar milhares de MB/s, a transferência de arquivos ficará limitada pela velocidade da rede. Se sua rede opera a 1GbE, você nunca verá uma taxa de transferência superior a 125 MB/s em um único cliente.

Para contornar essa limitação, a atualização para redes mais rápidas, como 2.5GbE, 10GbE ou Fibre Channel, é necessária. Essas tecnologias aumentam a largura de banda disponível e permitem que os sistemas de armazenamento modernos operem com sua capacidade máxima, eliminando um dos principais gargalos.

A importância do tipo de disco no desempenho

A escolha dos discos é determinante para o throughput de qualquer sistema de armazenamento. Os discos rígidos tradicionais (HDDs) são excelentes para armazenar grandes volumes de dados com um custo baixo. Porém, sua natureza mecânica limita a velocidade em leituras e escritas sequenciais.

Os SSDs (Solid-State Drives), por sua vez, não possuem partes móveis e oferecem um desempenho muito superior. Um SSD baseado em SATA já representa um salto enorme em comparação com um HDD. Para aplicações que exigem performance extrema, os SSDs NVMe são a melhor opção, pois se conectam diretamente ao barramento PCIe do sistema.

Em nossa avaliação, a combinação de diferentes tipos de disco em uma estratégia de tiering pode ser uma solução equilibrada. Arquivos acessados com frequência ficam em SSDs rápidos, enquanto dados mais frios são movidos para HDDs de alta capacidade, otimizando custo e performance.

O papel do arranjo RAID na performance

A configuração do arranjo RAID afeta diretamente tanto a segurança dos dados quanto o throughput do storage. Um arranjo RAID 0, por exemplo, distribui os dados entre vários discos e oferece a maior velocidade possível, mas não tem qualquer tolerância a falhas. Se um disco falhar, todos os dados são perdidos.

Por outro lado, arranjos como RAID 5 e RAID 6 utilizam paridade para proteger os dados contra a falha de um ou dois discos, respectivamente. Essa proteção, no entanto, introduz uma sobrecarga no processo de escrita, pois o sistema precisa calcular e gravar as informações de paridade. Com isso, o throughput de escrita é reduzido.

Para ambientes que precisam de alta performance e redundância, o RAID 10 é frequentemente a escolha ideal. Ele combina o espelhamento do RAID 1 com a distribuição do RAID 0, resultando em excelente velocidade para leitura e escrita, além de boa proteção. A desvantagem é que ele utiliza metade da capacidade total dos discos para redundância.

Quando o throughput se torna um gargalo?

O throughput se torna um problema visível quando as aplicações começam a apresentar lentidão durante a manipulação de arquivos grandes. Em estúdios de pós-produção, por exemplo, múltiplos editores que trabalham com arquivos de vídeo em 4K ou 8K precisam de um fluxo de dados constante e elevado para evitar travamentos.

Outro cenário comum envolve a execução de rotinas de backup. Um baixo throughput pode fazer com que uma janela de backup se estenda por horas, afetando a produtividade e aumentando o risco de perda de dados em caso de desastre. Sistemas de análise de dados e inteligência artificial que processam grandes datasets também são muito sensíveis a essa métrica.

Nessas situações, um storage com baixo throughput impede que as equipes trabalhem com eficiência. A espera pela abertura ou salvamento de arquivos gera ociosidade e frustração, impactando diretamente os resultados do negócio.

Como medir o throughput do seu sistema?

Medir o throughput de um sistema de armazenamento exige ferramentas adequadas e uma metodologia correta. Ferramentas como `iperf` são úteis para testar a capacidade máxima da rede entre dois pontos, ajudando a identificar se a infraestrutura de comunicação é o gargalo.

Para testar o desempenho do subsistema de disco, softwares como `fio` no Linux ou `CrystalDiskMark` no Windows são excelentes opções. Eles permitem simular diferentes tipos de carga de trabalho, com leituras e escritas sequenciais ou aleatórias, e fornecem métricas precisas sobre o throughput e o IOPS.

É importante realizar os testes com cenários que simulem o uso real. Copiar um único arquivo grande irá medir o throughput sequencial, enquanto copiar milhares de arquivos pequenos testará o desempenho em acessos aleatórios. Apenas com esses dados em mãos é possível ter uma visão clara da performance real do seu storage.

Otimizando sua infraestrutura para alto desempenho

Otimizar um ambiente de TI para obter um throughput elevado envolve uma análise completa de todos os componentes. O primeiro passo geralmente é identificar o principal gargalo. Se a rede for o problema, a migração para 10GbE ou superior trará um ganho imediato e significativo.

Se os discos forem o fator limitante, a substituição de HDDs por SSDs, especialmente em volumes que hospedam aplicações críticas, acelera drasticamente as operações. A implementação de cache com SSDs também é uma estratégia eficaz para melhorar o desempenho de leitura em sistemas baseados em discos rígidos.

Além do hardware, a configuração do software e dos protocolos também é importante. Ajustar o tamanho dos pacotes de rede (Jumbo Frames) e escolher o protocolo de compartilhamento mais adequado para sua carga de trabalho (SMB ou NFS) pode extrair performance adicional da sua infraestrutura.

O suporte especializado para otimizar o armazenamento

A análise correta de um ambiente de TI exige conhecimento técnico aprofundado, pois um gargalo pode estar escondido em qualquer lugar. Identificar a causa raiz dos problemas de performance nem sempre é uma tarefa simples. Muitas vezes, a solução não está em um único componente, mas na harmonia entre todos eles.

Construir um sistema de armazenamento equilibrado, que atenda às demandas específicas por throughput e IOPS sem estourar o orçamento, é um desafio complexo. A escolha errada de um componente pode invalidar o investimento em outras partes do sistema, gerando frustração e custos desnecessários.

Nessas situações, o suporte especializado é a resposta para garantir que seu investimento em tecnologia traga o retorno esperado. Nossa equipe técnica está à disposição para oferecer consultoria e projetos personalizados, ajudando sua empresa a configurar ou adquirir soluções de armazenamento que entreguem a máxima eficiência para o seu negócio.