Overcommit De Storage Como Da Ruim E Como Evitar

Overcommit de storage é uma prática comum, mas perigosa, que pode levar a instabilidades severas em ambientes de produção. A ideia de alocar mais espaço do que fisicamente disponível parece atraente no início, prometendo otimização de recursos e redução de custos. No entanto, quando a demanda real se aproxima da capacidade física, o sistema entra em colapso. Este artigo explora os mecanismos por trás do overcommit, os riscos envolvidos e as estratégias para mitigar seus efeitos.

O Conto do Armazenamento Ilusório

Imagine um data center onde cada servidor virtual (VM) recebe 1 TB de espaço em disco, mas o armazenamento físico total disponível é de apenas 500 TB. Isso é overcommit em ação. A premissa é que nem todas as VMs usarão todo o espaço alocado simultaneamente. Enquanto isso for verdade, tudo funciona bem. O problema surge quando várias VMs começam a consumir mais espaço do que o esperado, levando à exaustão do armazenamento físico.

Thin vs. Thick: Entendendo a Alocação

Para entender o overcommit, é crucial distinguir entre thin provisioning e thick provisioning.

• Thick Provisioning: Aloca todo o espaço solicitado no momento da criação do volume. Se você cria um volume de 1 TB, 1 TB de espaço físico é imediatamente reservado, independentemente de quanto espaço você realmente usa.

• Thin Provisioning: Aloca espaço sob demanda. Um volume de 1 TB é criado logicamente, mas o espaço físico só é alocado à medida que os dados são gravados. Este é o coração do overcommit.

A principal vantagem do thin provisioning é a utilização eficiente do espaço, especialmente em ambientes com muitos volumes, onde a alocação total pode exceder a capacidade física disponível. A desvantagem é o risco de exaustão do espaço.

O Desastre Silencioso: Como o Overcommit Degrada a Performance

Quando o armazenamento físico começa a ficar cheio, o sistema tenta desesperadamente encontrar espaço. Isso pode levar a:

• Latência Elevada: As operações de gravação se tornam muito mais lentas, pois o sistema precisa realocar blocos, compactar dados ou até mesmo procurar espaço em outros volumes.
• I/O Esperado vs. I/O Real: Aplicações que esperam respostas rápidas de leitura/escrita começam a falhar. Bancos de dados, por exemplo, podem corromper dados devido a timeouts.
• Falhas de VMs: Em casos extremos, VMs podem entrar em modo read-only ou até mesmo travar, causando indisponibilidade de serviços.
• Corrupção de Dados: A falta de espaço pode levar à escrita incompleta de dados, resultando em corrupção.

O Ponto de Ruptura: Exaustão Total

O pior cenário é quando o armazenamento físico é completamente esgotado. Neste ponto, novas gravações falham, VMs param de funcionar e o sistema pode se tornar instável. A recuperação pode ser complexa e demorada, envolvendo a liberação de espaço, expansão do armazenamento ou até mesmo a restauração de backups.

Sinais de Alerta: Monitorando a Saúde do Seu Storage

A prevenção é a chave para evitar os desastres do overcommit. O monitoramento contínuo do uso do armazenamento é essencial.

• Sinais de Saúde:
  • Espaço livre consistentemente acima de um limite definido (ex: 20%).
  • Latência de I/O dentro de limites aceitáveis.
  • Alertas configurados para quando o uso do armazenamento atinge determinados níveis (ex: 70%, 80%, 90%).
• Sinais de Perigo:
  • Aumento rápido no uso do armazenamento.
  • Latência de I/O consistentemente alta.
  • Alertas frequentes de espaço insuficiente.
  • Falhas de gravação relatadas pelas aplicações.

Comandos de Diagnóstico: Olhando Sob o Capô

Ferramentas de linha de comando fornecem informações detalhadas sobre o uso do armazenamento.

• Linux:

  • df -h: Mostra o espaço livre e usado em cada sistema de arquivos.

    df -h
    Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
    /dev/sda1        20G   10G  9.5G  52% /
    /dev/sdb1       100G   80G   15G  85% /data
    

  • du -sh /caminho/para/diretorio: Estima o uso do espaço em disco de um diretório.

    du -sh /var/log
    1.2G    /var/log
    

  • iostat -xz 1: Monitora a atividade de I/O em tempo real. Observe await (tempo médio para operações de I/O) e %util (porcentagem de tempo que o dispositivo está ocupado).

    iostat -xz 1
    Linux 5.4.0-91-generic (server)     11/16/2023     _x86_64_    (8 CPU)
    
    avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           1.24    0.00    0.24    0.00    0.00   98.52
    
    Device            r/s     w/s     rkB/s     wkB/s   rrqm/s   wrqm/s  %rrqm  %wrqm r_await w_await  await %util
    sda              0.00    0.00      0.00      0.00     0.00     0.00   0.0    0.0    0.00    0.00   0.00  0.0
    sdb              0.00    0.00      0.00      0.00     0.00     0.00   0.0    0.0    0.00    0.00   0.00  0.0
    sdc              0.00    0.00      0.00      0.00     0.00     0.00   0.0    0.0    0.00    0.00   0.00  0.0
    dm-0             0.00    0.00      0.00      0.00     0.00     0.00   0.0    0.0    0.00    0.00   0.00  0.0
    

• ZFS:

  • zpool status: Mostra o status de um pool ZFS, incluindo espaço usado e disponível.

    zpool status
      pool: tank
     state: ONLINE
      scan: scrub repaired 0B in 0 days 00:00:00 with 0 errors on Sun Nov 14 00:00:00 2023
    config:
    
            NAME        STATE     READ WRITE CKSUM
            tank        ONLINE       0     0     0
              mirror-0  ONLINE       0     0     0
                sda     ONLINE       0     0     0
                sdb     ONLINE       0     0     0
    
    errors: No known data errors
    
    capacity:  60%
    altroot: /a
    

  • zfs list: Lista datasets ZFS e suas propriedades, incluindo espaço usado e disponível.

    zfs list
    NAME   USED  AVAIL     REFER  MOUNTPOINT
    tank  6.71T  4.31T     96K  /tank
    tank/data  6.71T  4.31T  6.71T  /tank/data
    

• Windows:

  • Get-WmiObject -Class Win32_Volume: Obtém informações sobre volumes, incluindo espaço livre e capacidade.

    Get-WmiObject -Class Win32_Volume | Select-Object DriveLetter, FileSystem, Capacity, FreeSpace
    
    DriveLetter FileSystem Capacity        FreeSpace
    ----------- ---------- --------        ---------
    C           NTFS       53634136064     21474836480
    D           NTFS       107374174208    53687091200
    

  • Get-PSDrive: Exibe informações sobre as unidades, incluindo espaço livre e usado.

    Get-PSDrive
    
    Name           Used (GB)     Free (GB) Provider      Root                                               CurrentLocation
    ----           ---------     --------- --------      ----                                               ---------------
    C                 32.22         19.91 FileSystem    C:\
    D                 50.00         50.00 FileSystem    D:\
    

Estratégias de Mitigação: Domando a Fera do Overcommit

1. Monitoramento Proativo: Implemente um sistema de monitoramento robusto que rastreie o uso do armazenamento em tempo real e gere alertas quando os limites forem atingidos.
2. Políticas de Alocação: Defina políticas claras sobre o uso do armazenamento e aloque espaço com base nas necessidades reais, não em estimativas infladas.
3. Quota: Implemente quotas de disco para limitar a quantidade de espaço que cada usuário ou aplicação pode consumir.
4. Relatórios de Uso: Gere relatórios regulares sobre o uso do armazenamento para identificar tendências e áreas de preocupação.
5. Planejamento de Capacidade: Planeje a capacidade do armazenamento com antecedência, levando em consideração o crescimento futuro dos dados.
6. Expansão Dinâmica: Utilize tecnologias de expansão dinâmica de armazenamento para adicionar capacidade conforme necessário, sem interrupções.
7. Desduplicação e Compressão: Habilite a desduplicação e a compressão de dados para reduzir o espaço ocupado pelos dados.
8. Tiering de Armazenamento: Implemente o tiering de armazenamento para mover dados menos acessados para um armazenamento mais barato e de menor desempenho.
9. Automação: Automatize tarefas como provisionamento, monitoramento e expansão de armazenamento para reduzir o risco de erros humanos.
10. Simulações de Falha: Realize simulações de falha para testar a capacidade do sistema de lidar com a exaustão do armazenamento.

RAID e Overcommit: Uma Combinação Perigosa

O uso de RAID (Redundant Array of Independent Disks) não elimina os riscos do overcommit. Na verdade, pode até agravá-los. RAID 5, em particular, é uma má ideia com discos de alta capacidade devido ao longo tempo de reconstrução e à probabilidade de um URE (Unrecoverable Read Error) durante a reconstrução. Um único URE pode levar à perda de todo o array. RAID 6 oferece uma proteção melhor, mas ainda não elimina o risco.

O Veredito: Overcommit com Responsabilidade

Overcommit de storage não é inerentemente ruim, mas exige um gerenciamento cuidadoso. Se você optar por usar overcommit, faça-o com plena consciência dos riscos e implemente as medidas de mitigação apropriadas. Monitore o uso do armazenamento de perto, defina políticas de alocação claras e esteja preparado para expandir o armazenamento rapidamente quando necessário. Ignorar os riscos do overcommit é como brincar com fogo: mais cedo ou mais tarde, você vai se queimar.

Em vez de tentar otimizar demais o uso do armazenamento com overcommit agressivo, priorize a estabilidade e a disponibilidade dos seus sistemas. Alocar espaço suficiente para acomodar o crescimento futuro dos dados é um investimento que vale a pena, especialmente em ambientes de produção críticos.