O Storage Spaces Direct (S2D) é mais rápido que o Hardware RAID?

Geralmente não em latência pura para cargas de trabalho pequenas, pois o Hardware RAID usa chips dedicados (ASIC) e cache protegido por bateria. O S2D brilha em throughput paralelo massivo (NVMe) e escalabilidade, mas exige CPU do host e rede RDMA para competir em latência.

Posso usar Storage Spaces Direct em um único servidor?

Tecnicamente não. O S2D é projetado para clusters (mínimo de 2 nós). Para um único servidor, você usaria 'Storage Spaces' (sem o 'Direct'), mas sem a redundância de rede. Nesse cenário, o Hardware RAID costuma ser mais simples e performático para o sistema operacional (boot) e dados locais.

Devo usar placas RAID com Storage Spaces Direct?

Absolutamente não. O S2D exige acesso direto aos discos (HBA em modo Pass-Through ou IT Mode). Colocar uma camada de RAID de hardware abaixo do S2D mascara a geometria do disco, impedindo que o Windows gerencie a saúde, o cache e a localização dos dados corretamente.

Por que a performance de escrita em Paridade (Parity) é ruim no S2D?

Ao contrário do Hardware RAID que calcula paridade em silício dedicado, o S2D usa a CPU do servidor. Além disso, a escrita precisa ser confirmada através da rede em outros nós. Para mitigar isso, o S2D usa o 'Mirror-accelerated parity', mas ainda é mais lento que um RAID 5/6 via hardware com cache de escrita dedicado.

Storage Spaces Direct vs. Hardware RAID: Performance, Riscos e Arquitetura

Há uma década, a indústria declarou prematuramente a morte das controladoras RAID dedicadas. A promessa do Software Defined Storage (SDS) era sedutora: hardware commodity, independência de vendor e inteligência movida para o sistema operacional. No ecossistema Microsoft, o Storage Spaces Direct (S2D) é o campeão dessa filosofia.

No entanto, como engenheiro de performance, aprendi a ser cético quanto a abstrações que prometem "custo zero". A física do movimento de dados não perdoa. A escolha entre S2D e Hardware RAID não é uma questão de modernidade versus legado, mas sim de onde você escolhe pagar a conta computacional: em ciclos de CPU da sua aplicação ou em silício dedicado (ASIC).

Este artigo disseca a arquitetura de I/O, os custos ocultos de latência e como validar qual abordagem sustenta melhor o seu workload.

O que é a diferença fundamental entre S2D e RAID?

Storage Spaces Direct (S2D) é uma arquitetura de armazenamento definido por software que utiliza a CPU do host e a rede para agrupar discos locais em um pool resiliente, distribuindo dados entre múltiplos servidores (nós). Hardware RAID, por outro lado, utiliza uma controladora com processador dedicado (ASIC) e cache protegido por bateria para gerenciar a redundância e paridade dos discos dentro de um único chassi, isolando essa carga do sistema operacional.

A Arquitetura de I/O: HBA Pass-through vs. Abstração Lógica

Para entender a performance, precisamos primeiro entender como o sistema operacional "vê" o disco.

No modelo de Hardware RAID, o Windows Server é enganado. Ele vê um único volume lógico (ex: LUN 0). A complexidade da paridade, o striping e a verificação de erros são invisíveis para o kernel. Se um disco falha, a controladora lida com isso internamente. O OS apenas percebe uma leve degradação na latência.

No Storage Spaces Direct, a camada de abstração sobe para o OS. Para que o S2D funcione, as controladoras de disco devem estar em modo HBA (Host Bus Adapter) ou "Pass-through". O Windows vê cada disco físico individualmente (NVMe, SSD, HDD). O Software Storage Bus intercepta cada operação de I/O, calcula onde aquele bloco deve ser gravado (qual disco, em qual servidor) e executa a operação.

Isso nos leva ao primeiro grande trade-off: Visibilidade vs. Overhead. O S2D tem visibilidade total da saúde de cada drive (permitindo métricas SMART granulares), mas paga o preço de gerenciar cada transação na CPU principal.

Figura: Diagrama do Caminho de I/O: Hardware RAID (Offload) vs. S2D (CPU + Network Latency)

Latência e Processamento: Onde o Cálculo Acontece

A imagem acima ilustra o caminho crítico. Quando você grava um bloco de dados em um RAID 5 ou 6 via hardware, o cálculo de paridade (XOR ou Reed-Solomon) é feito por um chip dedicado (ROC - RAID on Chip). Isso é "Offload". Sua CPU Xeon ou EPYC fica livre para rodar SQL Server ou VMs.

O Custo da CPU no Storage Spaces Direct

No S2D, especialmente ao usar Mirroring de três vias ou Parity (Erasure Coding), é a CPU do host que faz a matemática.

Mirroring: Baixo custo de CPU, mas alto custo de I/O de rede (tráfego Leste-Oeste).
Parity/Erasure Coding: Alto custo de CPU. O cálculo de paridade compete diretamente com suas aplicações.

Se você dimensionou seu cluster S2D com pouca margem de CPU, durante picos de gravação, você verá um aumento na métrica % Processor Time e, consequentemente, um aumento na latência do disco (Avg. Disk sec/Write).

O Fator RDMA

É impossível discutir performance de S2D sem mencionar RDMA (Remote Direct Memory Access). Como o S2D precisa replicar dados entre nós síncronamente, a latência da rede torna-se latência de disco. Sem RDMA (RoCE ou iWARP), cada pacote de storage passa pela pilha TCP/IP do kernel, consumindo ainda mais CPU e adicionando microssegundos preciosos. Em Hardware RAID local, a latência de rede é zero.

Cache e Tiering: A Batalha dos Buffers

A gestão de cache é onde muitos administradores falham na configuração.

Hardware RAID: O Cache Protegido (BBWC)

Controladoras RAID Enterprise (PERC, SmartArray, MegaRAID) possuem de 2GB a 8GB de cache DRAM protegido por bateria ou supercapacitor. O superpoder: Quando o OS envia um Write, a controladora joga no cache DRAM, diz ao OS "Gravação Concluída" (ACK) instantaneamente e, depois, grava no disco lento (HDD). Isso transforma escritas aleatórias em sequenciais e mascara a latência física do disco.

S2D Storage Bus Cache

O S2D não tem bateria. Ele usa drives rápidos (NVMe ou SSD) como cache de leitura e escrita para drives lentos (HDD).

Mecanismo: Todo write vai primeiro para a camada de cache (NVMe/SSD). Depois, é destageado para a camada de capacidade.
O Risco: Se o cache encher (ex: um restore de backup massivo), a performance cai para a velocidade nativa dos HDDs, o que pode ser catastrófico ("write cliff"). Além disso, para garantir consistência, o S2D precisa confirmar a gravação em nós remotos antes de dar o ACK, o que, novamente, traz a latência de rede para a equação.

Callout de Risco: Sync Writes Em bancos de dados (SQL, Oracle), as gravações de log são síncronas (FILE_FLAG_WRITE_THROUGH). Controladoras RAID lidam com isso excepcionalmente bem devido à NVRAM. No S2D, a latência dessas gravações depende da velocidade da rede e dos drives de cache. Se sua rede não for 25GbE+ com RDMA, bancos de dados OLTP sofrerão no S2D.

Resiliência e Rebuild: O Impacto na Produção

Discos falham. A métrica que separa a teoria da prática é: o quão degradada fica minha produção durante a reconstrução?

Hardware RAID: A Reconstrução Cega

O Hardware RAID é "burro" quanto aos dados. Se você tem um disco de 10TB num RAID 5, mas apenas 100GB ocupados, a controladora vai reconstruir todos os 10TB, bit a bit. Isso leva dias em HDDs modernos. Durante esse tempo, a performance de leitura sofre penalidade severa devido aos cálculos de XOR em tempo real para servir os dados que faltam.

S2D: A Reconstrução Inteligente (mas pesada)

O S2D reconstrói dados, não discos. Se o disco de 10TB tem 100GB de dados, ele só recopia 100GB. Além disso, ele lê as cópias dos outros nós do cluster. O perigo: O rebuild do S2D gera um tráfego massivo na rede de storage. Se não houver QoS (Quality of Service) configurado, o tráfego de rebuild pode saturar o link, derrubando a latência das VMs ativas.

Figura: Impacto de Reconstrução (Rebuild) na Performance do Windows Server

Como Medir a Verdade: Benchmarking com Diskspd

Não confie na folha de especificações. Você deve testar o subsistema de I/O simulando seu workload real. A ferramenta padrão ouro no Windows é o diskspd.

Para validar S2D vs RAID, você precisa isolar as variáveis. Não teste apenas "velocidade máxima". Teste latência sob carga.

Protocolo de Teste Sugerido

Workload Sintético de Banco de Dados (OLTP): 8K block size, 70% Read / 30% Write, Random.
Workload de Backup/Streaming: 64K ou 512K block size, 100% Write, Sequential.
Pre-conditioning: Se usar SSD/NVMe, encha o disco antes de testar para forçar o Garbage Collection.

Comando para teste de Latência (OLTP Simulation):

# -b8K: Bloco de 8KB (padrão SQL)
# -d60: Duração de 60 segundos
# -o4: 4 I/Os pendentes (Queue Depth)
# -t4: 4 threads
# -r: Random I/O
# -w30: 30% de escrita
# -L: Capturar estatísticas de latência
# -h: Desabilitar cache de software e hardware (Write Through) - CRÍTICO para teste real

diskspd.exe -b8K -d60 -o4 -t4 -r -w30 -L -h -D -c10G C:\ClusterStorage\Volume1\testfile.dat

O que analisar na saída:

Não olhe apenas para IOPS.
Olhe para a tabela de latência percentil. Quanto é o 99th percentile? Se for > 20ms, seu banco de dados vai reclamar.
No S2D, monitore o contador de performance RDMA Activity durante o teste.

Tabela Comparativa: Hardware RAID vs. Storage Spaces Direct

Abaixo, uma matriz para auxiliar na decisão arquitetural baseada em fatos técnicos, não em marketing.

Característica	Hardware RAID	Storage Spaces Direct (S2D)
Custo Computacional	Baixo. Offload via ASIC dedicado.	Médio/Alto. Consome CPU do host (CRC, Paridade).
Dependência de Rede	Nenhuma (Local).	Crítica. Exige 10/25GbE+ RDMA para baixa latência.
Proteção de Cache	Bateria/Capacitor (NVRAM). Seguro contra power-loss.	Depende de PLP (Power Loss Protection) nos SSDs/NVMe físicos.
Escalabilidade	Limitada ao chassi do servidor.	Escala com adição de nós (Scale-out).
Tipo de Drive	Agnóstico (SAS/SATA). Mistura difícil.	Otimizado para NVMe. Exige HBA mode.
Rebuild	Lento e "cego" (disco inteiro).	Rápido e inteligente (apenas dados), mas usa rede.
Custo de Licença	Incluso no Hardware.	Exige Windows Server Datacenter Edition.

Veredito Técnico: Quando o Hardware RAID ainda é Superior

O S2D é uma tecnologia fantástica para hiperconvergência (HCI) onde a escalabilidade horizontal é prioritária e se dispõe de hardware de rede adequado (RDMA).

Entretanto, o Hardware RAID continua superior (e a escolha correta) quando:

Servidores Standalone: Se você tem um servidor isolado (ex: um host de backup ou um servidor de arquivos de filial), S2D é complexidade desnecessária.
Workloads Sensíveis à CPU: Se cada ciclo de CPU conta para o licenciamento da sua aplicação (ex: Oracle), não desperdice ciclos calculando paridade de disco.
Boot Volumes: RAID 1 via hardware para o sistema operacional é imbatível em simplicidade e confiabilidade.
Orçamento de Rede Limitado: Se você não pode pagar switches 25GbE de baixa latência, o S2D terá performance medíocre.

A abstração é útil, mas nunca é gratuita. Meça, teste e decida onde você quer pagar o preço.

Referências & Leitura Complementar

Microsoft Docs: Storage Spaces Direct hardware requirements - Especificações críticas de rede e drives.
RFC 5040: A Remote Direct Memory Access Protocol Specification - Para entender a base do RDMA/iWARP.
Diskspd Documentation: GitHub Repository - A ferramenta oficial de engenharia de workload.
JEDEC Standard: Solid State Drive (SSD) Requirements and Endurance Test Method (JESD218) - Sobre a importância de PLP e endurance em SSDs usados para cache.