HBAs vs. Controladoras RAID: Quando Escolher Qual

O problema: Você precisa conectar um monte de discos a um servidor. Você tem duas opções principais: um HBA (Host Bus Adapter) ou uma controladora RAID. Qual você escolhe? A resposta (como quase sempre) é: depende!

Conceitos

Primeiro, vamos garantir que estamos na mesma página sobre o que são essas duas coisas.

• HBA (Host Bus Adapter): Essencialmente, um HBA é um "ponte" entre seus discos e a placa-mãe. Ele apresenta os discos ao sistema operacional como discos individuais. Ele não faz nenhuma mágica RAID por conta própria. É como um adaptador USB – ele apenas permite que o computador veja os discos.

• Controladora RAID: Uma controladora RAID é mais inteligente. Ela pode combinar vários discos em um único "volume" lógico e fornecer recursos como espelhamento (RAID 1), striping (RAID 0), paridade (RAID 5/6), etc. Ela se encarrega do trabalho pesado de RAID e apresenta o volume RAID ao sistema operacional como um único disco.

Detalhes Técnicos

HBA

• Operação: Um HBA opera principalmente no modo "passagem" (pass-through). Ele simplesmente passa os comandos SCSI/SAS/SATA do sistema operacional para os discos e vice-versa.
• CPU: O uso da CPU é mínimo, pois o HBA não está fazendo nenhum cálculo RAID.
• Configuração: Geralmente configurado no BIOS ou através de utilitários específicos do fabricante.
• Tipos: HBAs podem ser SAS (Serial Attached SCSI) ou SATA. SAS geralmente é mais rápido e mais robusto, mas também mais caro.
• Vantagens:
  • Baixo uso de CPU.
  • Simplicidade.
  • Flexibilidade (você pode usar RAID de software).
  • Melhor para tecnologias como ZFS ou Ceph que preferem acesso direto aos discos.
• Desvantagens:
  • Nenhuma proteção RAID por hardware.
  • Depende do sistema operacional para RAID (se você quiser RAID).

Controladora RAID

• Operação: Uma controladora RAID intercepta os comandos de leitura/escrita do sistema operacional e os traduz em operações nos discos físicos. Ela lida com o cálculo de paridade, espelhamento, striping, etc.
• CPU: O uso da CPU pode ser maior do que com um HBA, especialmente para RAID 5/6, que requer cálculos complexos de paridade. Controladoras RAID modernas geralmente têm seus próprios processadores dedicados para aliviar a carga da CPU do host.
• Configuração: Normalmente configurada através de um BIOS próprio ou utilitários de linha de comando.
• Tipos: Semelhante aos HBAs, as controladoras RAID podem ser SAS ou SATA. Elas também variam em termos de níveis de RAID suportados, quantidade de cache e recursos adicionais (como bateria de backup).
• Vantagens:
  • Proteção RAID por hardware (independente do sistema operacional).
  • Potencial para melhor desempenho (especialmente com cache).
  • Transparência para o sistema operacional (o sistema operacional vê apenas um único disco).
• Desvantagens:
  • Custo mais alto.
  • Maior complexidade.
  • Pode introduzir um ponto único de falha.
  • Recuperação de desastres pode ser complicada (especialmente se a controladora falhar).
  • Pode não ser ideal para sistemas de arquivos como ZFS.

Cenários

Vamos analisar alguns cenários para ilustrar quando você pode escolher um HBA ou uma controladora RAID.

• Servidor de arquivos ZFS: ZFS é um sistema de arquivos avançado que fornece recursos como proteção contra corrupção de dados, snapshots e RAID (ZFS RAID é chamado de RAID-Z). ZFS precisa de acesso direto aos discos para funcionar corretamente. Portanto, um HBA é a escolha certa neste caso.

• Banco de dados de alto desempenho: Se você precisa de alto desempenho e redundância, uma controladora RAID com cache e um nível de RAID apropriado (como RAID 10) pode ser uma boa escolha. O cache da controladora RAID pode acelerar as operações de leitura/escrita, e o RAID 10 oferece um bom equilíbrio entre desempenho e redundância.

• Servidor de arquivos simples (RAID de software): Se você precisa de um servidor de arquivos simples e está disposto a usar RAID de software (mdadm no Linux, por exemplo), um HBA é suficiente. O sistema operacional se encarregará do RAID.

• Virtualização (VMware ESXi): VMware ESXi suporta tanto HBAs quanto controladoras RAID. Se você estiver usando vSAN (Virtual SAN), precisará de um HBA para que o vSAN possa acessar os discos diretamente. Se você estiver usando datastores VMFS, pode usar uma controladora RAID para fornecer redundância para os datastores.

• Ceph: Semelhante ao ZFS, Ceph também prefere acesso direto aos discos. Portanto, um HBA é recomendado.

Trade-offs

A escolha entre um HBA e uma controladora RAID envolve alguns trade-offs importantes.

• Custo: As controladoras RAID são geralmente mais caras do que os HBAs.
• Desempenho: As controladoras RAID podem oferecer melhor desempenho em algumas situações (especialmente com cache), mas também podem introduzir latência adicional. HBAs geralmente têm menor latência.
• Complexidade: As controladoras RAID são mais complexas de configurar e gerenciar do que os HBAs.
• Flexibilidade: HBAs oferecem mais flexibilidade, pois permitem que você use RAID de software ou sistemas de arquivos como ZFS.
• Bloqueio de fornecedor: Usar uma controladora RAID pode prendê-lo a um fornecedor específico. Se a controladora falhar, você pode precisar encontrar uma controladora de substituição do mesmo fornecedor para recuperar seus dados. Com um HBA e RAID de software, você tem mais liberdade para migrar seus dados para outro hardware.
• Recuperação de desastres: A recuperação de desastres pode ser mais complicada com uma controladora RAID, especialmente se a controladora falhar.

Diagnóstico

Como você diagnostica problemas com HBAs e controladoras RAID?

HBA

• Sistema operacional não reconhece os discos:
  • Verifique se o HBA está instalado corretamente e detectado pelo BIOS.
  • Verifique se os cabos estão conectados corretamente.
  • Verifique se os drivers do HBA estão instalados corretamente.
  • Tente atualizar o firmware do HBA.
• Desempenho lento:
  • Verifique se o HBA está usando a interface correta (por exemplo, PCIe 3.0 x8).
  • Verifique se os discos estão funcionando corretamente.
  • Verifique se o sistema operacional está configurado corretamente para usar os discos.
• Erros no log do sistema:
  • Verifique o log do sistema (por exemplo, /var/log/syslog no Linux) para obter mensagens de erro relacionadas ao HBA.
  • Use ferramentas como smartctl para verificar o status SMART dos discos.

Controladora RAID

• Volume RAID degradado:
  • Verifique o painel de gerenciamento da controladora RAID ou a interface da linha de comando para identificar quais discos falharam.
  • Substitua os discos defeituosos e reconstrua o volume RAID.
• Desempenho lento:
  • Verifique se o cache da controladora RAID está habilitado e funcionando corretamente.
  • Verifique se o nível de RAID está configurado corretamente para sua carga de trabalho.
  • Verifique se a controladora RAID não está sobrecarregada.
• Erros no log do sistema:
  • Verifique o log do sistema para obter mensagens de erro relacionadas à controladora RAID.
  • Verifique os logs da controladora RAID (se disponíveis).
• Falha da controladora:
  • Se a controladora falhar, você precisará substituí-la por uma controladora compatível.
  • Certifique-se de ter um backup da configuração da controladora RAID para facilitar a recuperação.
  • Se você não tiver um backup da configuração, pode ser necessário entrar em contato com um serviço de recuperação de dados.

# Exemplo de como verificar o status SMART de um disco (requer smartmontools)
sudo smartctl -a /dev/sda

# Exemplo de como verificar o status de um array RAID com mdadm (Linux)
sudo mdadm --detail /dev/md0

Warning: Certifique-se de ter backups regulares de seus dados, independentemente de você usar um HBA ou uma controladora RAID. RAID não é backup!

Resumo

Em resumo:

• Use um HBA se:
  • Você precisa de acesso direto aos discos (por exemplo, para ZFS ou Ceph).
  • Você quer usar RAID de software.
  • Você quer minimizar o custo e a complexidade.
• Use uma controladora RAID se:
  • Você precisa de proteção RAID por hardware.
  • Você precisa de alto desempenho (e está disposto a pagar por isso).
  • Você quer que o RAID seja transparente para o sistema operacional.

Espero que isso ajude você a tomar uma decisão informada sobre quando usar um HBA ou uma controladora RAID!