artigo sobre redes SAN e armazenamento em grande capacidade

1. Redes SAN: Solução para Armazenamento de Dados com
Grande Capacidade – Estudo de caso PRODEPA
Paulo Lourinho
Centro de Ciências Exatas e Naturais (CCEN)
Departamento de Informática ­ Universidade Federal do Pará (UFPA)
Belém, PA – Brazil
plourinho@gmail.com
Abstract. An widely accepted solution to systemize the storage of data in a
heterogeneous IT environments of low platform is the use of a storage
network, which consists in a sets of interconnected hard disks to the servers of
a network of high performance. This network can present diverse models that
uses specific protocols and softwares for management.
The PRODEPA adopted a solution of storage with model SAN to
consolidate the bases of some of his main systems. Its shows the implantation
of some characteristics of a current network storage.
Resumo. Uma solução amplamente aceita para sistematizar o
armazenamento de dados em ambientes de TI heterogêneos de baixa
plataforma é a instalação de uma rede de storage, que constitui­se por
conjuntos de discos rígidos interconectados aos servidores utilizando uma
rede de alto desmpenho. Esta rede pode apresentar diversos modelos que
empregam protocolos e softwares específicos para o seu gerenciamento.
A PRODEPA adotou uma solução de storage com o modelo SAN para
consolidar as bases de alguns dos seus principais sistemas. Sua implantação
exemplifica várias características de uma rede de storage atual.
1. Introdução
A problemática do armazenamento e recuperação de dados pode ser balizada em cinco
pontos básicos: 1) A crescente massa de dados resultante das transações cotidianas nas
organizações exige memória de massa escalável; 2) Os dados normalmente estão
dispersos em vários servidores dentro de uma corporação; 3)Pode ser impossível a
recuperação dos dados, no caso da ocorrência de uma catástrofe se não houverem
arquivos de becape adequados; 4)A disponibilidade dos dados deve ser garantida aos
sistemas de TI mesmo na ocorrência de falhas e; 5) Os sistemas de informações
existentes em uma empresa, via de regra, possuem características heterogêneas.
Aparentemente, a mais salutar solução encontrada para o armazenamento de
grande capacidade em baixa plataforma, é a utilização de dispositivos específicos para
armazenamento que são ligados aos servidores de informações por meio de uma rede de
comunicação de dados (chamada comumente de rede de storage). Esta tecnologia traz
inúmeras vantagens para o gerenciamento da informação em uma empresa.
Neste artigo será explicada de forma sucinta a importância da segurança de
dados e do gerenciamento de um ambiente de armazenamento de dados. Para tanto,

2. serão pontuadas as características de um esquema de armazenamento usual, que não
trabalha concentrando seus dados em um dispositivo único. Em seguida serão
apresentadas razões para a adoção de um esquema de armazenamento de grande
capacidade, e os seus modelos básicos, bem como algumas das características de
tecnologias de storage disponíveis.
Para sedimentação do assunto, será mostrada a solução de armazenamento
adotada na Empresa de Processamento de Dados do Estado do Pará ­ PRODEPA, e a
seguir serão abordadas as considerações finais sobre redes para dispositivos de
armazenamento, bem como sobre o estudo de caso em questão.
2. Segurança de dados
A crescente massa de dados resultante das transações cotidianas, que por vezes incluem
objetos multimídia, exige grande espaço de memória permanente. Estes dados, muitas
vezes colecionados por décadas, perdem­se em questão de minutos quando da
ocorrência de uma catástrofe.
Certamente mais corriqueira, mas não menos danosa para uma empresa, do que
uma catástrofe é a destruição dos dados por pessoas, mal intencionadas ou não, (muitas
das vezes pessoal interno) que têm acesso aos dados por falha de segurança no sistema
ou política de acesso.
É importante que os dados estejam acessíveis a quem é de direito, caracterizando
com isso um ambiente seguro, podendo manter os dados consistentes e desta forma,
confiáveis para utilização.
Uma vez perdido o ambiente computacional é possível, num tempo
relativamente reduzido (ainda que hajam elevados custos), a recuperação dos
equipamentos bem como do software básico e aplicativo envolvido. Hardware novo
pode ser comprado e posto para funcionar. Software é facilmente adquirido e instalado.
Quanto aos dados armazenados, pode­se considerar impossível sua recuperação
integral caso não existam cópias becape adequadas.
Segundo uma pesquisa do Gartner Group, ARAI(2003), duas em cada cinco
empresas que têm seus dados perdidos por catástrofes saem do mercado em até cinco
anos.
Isto posto, fica clara importância de se manter a segurança de dados, não
somente no ambiente de produção, fator que contribui para a estabilidade no
crescimento do espaço de armazenamento (certeza na produção cotidiana de uma
empresa), mas também na geração de cópias de segurança, facilitando a execução de um
plano de contingência no caso da perda dos dados de produção.
3. Cenário pré­storage
É fato muito comum, a heterogeneidade em tecnologia da informação dentro da maioria
das empresas. Não somente no que diz respeito aos equipamentos e aos sistemas básicos
e aplicativos, como também das próprias bases de dados. Esta característica é,
normalmente, o resultado da falta de planejamento quando da

3. aquisição/desenvolvimento dos sistemas da empresa.
Em um ambiente heterogêneo, cada aplicação exige a entrada de um novo
servidor para produção, que opera isolado. O dimensionamento de um servidor neste
contexto segue duas vertentes: 1) O servidor é sub­dimensionado por questões de custo,
e toma­se insuficiente para atender às demandas do sistema em pouco tempo, exigindo a
troca de equipamento o que incide em custo adicional para a empresa; e 2) O servidor é
super­dimensionado, o que significa um investimento alto para a empresa em recursos
desnecessários, ainda que momentaneamente, ficando portanto sub­utilizados por um
certo período de tempo. É importante lembrar que inevitavelmente os equipamentos se
tomarão obsoletos com o tempo.
Além do fator custo, a adoção de servidores isolados infere outras características
que se interpõe ao bom gerenciamento das informações. São elas:
• Espaço em disco limitado à quantidade instalada no servidor e quantidade de
discos limitada à capacidade de baias do equipamento ­ Servidores, em sua
maioria, utilizam discos SCSI cujo valor de mercado está muito acima dos
discos ATA utilizados em computadores pessoais. É importante pensar que a
simples troca por discos de maior capacidade além de gerar custo operacional
por parada do serviço implicará em gastos pela compra de novos discos e perda
de equipamentos dentro da sua vida útil. Ao passo que o super­dimensionamento
de disco recai no investimento com retomo retardado.
• Bancos dispersos ­ servidores independentes implicam dizer que qualquer
solução "pontual" é aceita, a fim de atender a demanda imediata, sem
comprometimento com a longevidade do investimento. Assim, vários sistemas
de bancos de dados podem ser adotados, cada qual com suas características,
exigindo seu software de becape e suas ferramentas de gerenciamento
específicas. Além do custo implícito, este cenário oferece dificuldade para o
administrador dos dados, que deverá dominar várias ferramentas distintas de
gerenciamento, tomando­o, portanto mais susceptível ao erro;
• O gerenciamento não é centralizado ­ o que pode desfavorecer alguns dos
sistemas do ambiente, já que o monitoramento dos sistemas estará dependente da
"lembrança" do administrador.
Figura 1. Estrutura de um ambiente de plataforma baixa com dispositivo de
armazenamento de grande capacidade.

4. Estas características direcionam o ambiente TI para um caos administrativo. A
estabilidade deste cenário pode ser conseguida iniciando pela adoção de um dispositivo
de armazenamento de grande capacidade em conjunto com uma estrutura de
comunicação que provenha a transferência de dados entre os sistemas propriamente
ditos e o dispositivo de storage (Figura 1).
4. Por quê Utilizar Storage?
Para prover aos sistemas de bancos de dados uma estrutura com gerenciamento
facilitado, algumas características que induzem à utilização de um modelo de storage
para o ambiente de armazenamento de dados são desejáveis, tais como:
• Deve ser permitido o aumento de espaço em disco conforme a demanda de
crescimento das empresas;
• Quanto mais dispersa for a estrutura de armazenamento de dados, mais
complexa será sua reestruturação no caso de perda, o que pode ser resolvido ao
se centralizar o armazenamento;
• No cenário atual, é exigência comum a disponibilidade da informação mesmo na
presença de falhas nos sistemas de TI, o que exige um sistema robusto (tolerante
a falhas) para armazenamento de dados;
• O armazenamento de dados em dispositivos especialistas libera os recursos do
servidor de banco de dados para a execução do processamento de transações,
tomando o sistema como um todo mais eficiente.
• A heterogeneidade dos sistemas legados, muitas vezes não pode ser dissolvida
sem impactos prejudiciais para a empresa. Manter os sistemas legados, nestes
casos, é requisito obrigatório.
• É desejável uma única ferramenta capaz de gerenciar os dispositivos de
armazenamento de dados, bem como as políticas de becape independentemente
do sistema de banco de dados envolvido.
• A política de becape deve gerar um ambiente consistente para recuperação no
caso de perdas.
• A gerência fica mais eficiente quando é centralizada. Um único foco no
gerenciamento permite um controle mais efetivo de segurança e disponibilidade;
As características acima podem ser atendidas quando implantada de uma solução
de storage, podendo a partir daí utilizar ferramentas que permitam o gerenciamento de
forma centralizada.
5. Modelos Básicos de Storage
Atualmente existem disponíveis no mercado, basicamente, três modelos de solução de
armazenamento com grande capacidade, a saber:
• DAS ­ Direct attached storage (storage de ligação direta), onde os dispositivos
de armazenamento são conectados diretamente aos servidores (Sun

5. Microsystems, 2002) sendo, portanto, gerenciados por estes. (figura 2(a)). Este
modelo apresenta a inconveniência de utilizar a própria rede local para
transferências de grandes massas de dados (como a execução de um becape),
além de incumbir o servidor de banco de dados do gerenciamento dos discos, o
que significa custo computacional para o servidor, além do overhead de tráfego
na rede, por conta dos acessos ao storage;
• NAS ­ Network attached storage (storage ligado a rede), cujos dispositivos de
armazenamento estão diretamente conectados à rede (figura 2(b)), (Sun
Microsystems, 2002). Como o DAS, este modelo ocupa a rede local com
elevado tráfego de dados, degradando o rendimento total da rede para outras
aplicações. Pelo fato dos dispositivos de armazenamento estarem diretamente
conectados à rede, esta configuração é essencialmente insegura;
Figura 2. Modelos de soluções de armazenamento (Sun Mycrosystems, 2002) –
com adaptações
• SAN ­ Storage area network, (rede de área de storage) que é composta por uma
rede dedicada à interconexão dos dispositivos de armazenamento e servidores
(Sun Microsystems, 2002), que serve tanto como canal de gerenciamento quanto
como canal para transporte de dados entre os componentes da SAN (figura 2(c)).
Isto livra a rede local da carga dos dados entre os dispositivos de
armazenamento e os servidores de bancos de dados, além de garantir maior
segurança e rendimento aos acessos nos dispositivos de armazenamento. Esta é a
solução mais onerosa.
6. Tecnologias de Storage
Para implantação de uma rede de storage, independente do modelo, essencialmente três
pontos devem ser pensados: 1) Os discos utilizados para o armazenamento; 2)a rede por
onde todos os dados irão trafegar; e 3) os softwares responsáveis pelo gerenciamento do
sistema como um todo e becape.
A seguir cada um destes pontos será sucintamente discutido com o objetivo de
elucidar questões pertinentes a cada um dos componentes que envolvem uma tecnologia
de storage.
6.1. Os discos
A diferença entre dispositivos de disco concebidos para servidores e para desktops está
nos requisitos de projeto: Enquanto os primeiros necessitam de alto ciclo de trabalho,

6. alta confiabilidade e escalabilidade além de garantir a velocidade de acesso e
integridade dos dados, os discos para desktops estão mais preocupados em baixo custo
com alta capacidade de armazenamento em baixa potência (velocidade de acesso)
(WHITTINGTON, 2006).
Hoje, basicamente, duas tecnologias de discos rígidos estão disponíveis para o
mercado de servidores: SATA e SCSI.
A tecnologia SCSI (Small Computer Systems Interface ­ Interface para Sistemas
Computacionais de Pequeno Porte) criada originalmente para atender demandas de
servidores em baixa plataforma, apresenta maior custo por byte, entretanto fornece os
benefícios de alto rendimento e confiabilidade para um grande volume de transações.
Os discos ATA (Advanced Technology Attachment ­ Ligação de Tecnologia
Avançada), mais conhecidos como discos IDE (Integrated Drive Electronics, ou
Eletrônica de Drive Integrada) (TORRES e LIMA, 2006), que foram originalmente
projetados para micros desktops, deram origem aos discos SATA (Serial ATA ou Serial
Advanced Technology Attachment ­ Ligação Tecnologia Avançada Serial) ao agregarem
requisitos para utilização em servidores tal como elevado desempenho, constituindo­se
assim em uma alternativa menos onerosa que a utilização de discos SCSI. Segundo
Willian Corrêa (disponível em : http://muitomaisti.blogspot.com/2006112/discos­sata­
serial­ata­dependendo­no.html) estes discos apresentam certos problemas quando
submetidos a altas taxas de transações com elevado volume de dados.
Portanto, seguindo a recomendação do mesmo autor, a utilização de discos
SATA deve limitar­se a projetos cujos requisitos sejam baixo custo com alto
desempenho em um pequeno volume de transações. Já se os requisitos forem
desempenho de médio a alto para um grande volume de transações com garantia de
disponibilidade, a recomendação é que sejam usados discos SCSI.
6.2. As redes
O segundo ponto a ser analisado, é o canal de comunicação entre os dispositivos de
armazenamento e os servidores propriamente ditos. Aqui serão discutidas somente as
redes do modelo SAN.
Hoje as SANs São encontradas em duas formas: 1) SAN's Fibre Channel que
utilizam infra­estrutura em fibra óptica e o protocolo FCP (Fibre Channel Protocol); e
2) IP SANs, que utilizam a infra­estrutura de uma rede ethernet e o protocolo de
comunicação iSCSI (disponível em: www.netapp.com/products/sanlintroduction.html).
As redes SAN devem ser capazes de suportar altas taxas de transmissão de
dados. Por este motivo, tradicionalmente a tecnologia utilizada para redes de storage
utiliza fibra óptica como meio fisico. O protocolo utilizado é o FCP que impõe uma
relação um para um entre os volumes do storage (um volume é um espaço lógico dos
pools de discos fisicos) e os servidores, utilizando para isso dispositivos de hardware
chamados HBA1,s (Host Bus Adapter) que convertem os sinais do barramento PCI em
protocolo FCP ou SCSI.
1: Uma HBA pode ser encontrada com outro nome em uma solução proprietária

7. Esta relação biunívoca entre os dispositivos assegurada pelas HBA's garante a
segurança do sistema em ambientes compartilhados, pois um servidor nunca poderá
manipular uma área de disco no storage (um volume) que já esteja relacionada com
outro servidor.
Outros protocolos, além do FCP, podem ser utilizados sobre a infra­estrutura em
fibra óptica de uma SAN São: FCIP (Fibre Channel sobre TCPIP) e IFCP (Internet
Fibre Channel Protocol)
A alternativa de baixo custo às redes SAN é a utilização das SAN com iSCSI,
que empregam uma estrutura de rede ethernet (ativos e passivos da rede) com o mesmo
conjunto de comandos SCSI sobre o protocolo TCP/IP.
É importante salientar que a redução de custos trazida com a utilização de
equipamentos padrão ethernet nas redes SAN traz consigo uma sobrecarga devida ao
processamento de encapsular e desencapsular os comandos SCSI dentro de pacotes IP.
O retardo se toma mais evidente porque as maiores velocidades alcançadas em redes
ethernet não ultrapassam à taxa de 1 Gbps.
6.3. Os Sofwares
Um ponto bem mais controverso que os anteriores, é a escolha dos softwares que serão
utilizados tanto para configuração e gerência propriamente dita da rede SAN quando
para a execução das tarefas de becape.
Como a maioria das soluções SAN disponívies no mercado é proprietária, elas já
trazem incluso seu próprio software de gerenciamento. Cabe, portanto a equipe de
implantação do sistema de storage analisar as soluções existentes, e averiguar qual
software é mais compatível com suas necessidades em termos de facilidade de uso,
coerência com o ambiente e relação custo/beneficio, sobretudo para licenças adicionais
que serão necessárias no caso da inclusão de um outro sistema no ambiente de storage.
Com relação aos softwares de becape, deve­se ter em mente como requisito de
escolha, a capacidade deste de trabalhar em todas as plataformas existentes no ambiente
de TI que se deseja consolidar, a fim de se evitar dificuldades de gerência pela
utilização de softwares diversos para becape. A observação acerca da relação
custo/beneficio bem como para licenças adicionais também cabe aqui.
7. Estudo de caso
O estudo de caso apresentado tem por objetivo trazer uma experiência prática acerca da
implantação de uma solução de storage para a Empresa de Processamento de Dados do
Estado do Pará ­ PRODEPA. A solução estudada já está em funcionamento na empresa.
7.1. Objetivos da Consolidação
A motivação para a implantação de um sistema de armazenamento de dados na
PRODEPA está na idéia de “Consolidar as bases de informações em um dispositivo de
armazenamento único e tolerante a falhas de maneira a garantir o gerenciamento
centralizado bem como políticas consistentes para distribuição dos recursos e
contingência”, lembrando­se que as plataformas são diversas (ver item 7.2).

8. Isto posto, nota­se que todas as características desejáveis podem ser atendidas
com a estruturação de uma rede SAN, juntamente com a implantação de um sistema de
storage e becape.
7.2. Sistemas candidatos
Os sistemas eleitos para fazer parte da rede de storage da PRODEPA, são os seguintes:
• SISP: Sistema de segurança pública. Utiliza a plataforma Linux ES Enterprise
3, com Oracle 10g sobre um servidor Intel Xeon 3.0 GHz (4 processadores). O
banco possui cerca de 50 GB com cerca de 1300 usuários revesando­se no
regime 24 X 7, realizando transações através de uma aplicação WEB com
agente.
• ERGON: Banco de dados do sistema da folha de pagamento do Estado. Trabalha
na plataforma Windows 2003 Server cujo servidor é um AMD 64 Opterom 850
MHz dual processado. A instância de banco é Oracle 9i com cerca de 220 GB de
arquivos de dados, para uma utilização diária de aproximadamente 300 usuários
com aplicação em Forms /Report;
• DW: Sistema de datawarehouse para informações gerenciais ao governo do
estado. O hardware utilizado é uma estação Sun, modelo V880 Ultra Sparc com
8 processadores de 900 MHz com sistema operacional Solaris 9.0. O banco de
dados utilizado é o Cachê 5.0.14. Sua base se aproxima de 100 GB com cerca de
50 usuários diariamente.
• LOTUS NOTES: É o correio eletrônico oficial do Governo do Estado. Sua
plataforma é composta de um hardware baseado em 2 processadores Intel Xeon
CPU 2.8 GHz sobre o qual roda o Windows 2003 Server. Utilizando o Lotus
Notes 5.0.4 Host Integration, com aproximadamente 63 GB de dados e
utilização diária para as aplicações de groupware e workflow.
7.3. O modelo de storage adotado na PRODEPA
A prodepa utilizou para consolidar suas bases de dados em um sistema de storage o
modelo SAN com infra­estrutura em fibra óptica e protocolo de comunicação FCP
arbitrated loop.
Com objetivo de manter a robustez do sistema as fabrics foram duplicadas, de
forma que uma funciona independente da outra, acrescentando tolerância a falhas por
redundância de hardware.
O dispositivo de storage é um Sun 6320 composto de 4 bandejas de disco
modelo 6020 também da Sun, cada uma com 13 discos em raid 5 sendo 1 disco de hot
spare perfazendo um total de espaço no storage de 3.18 TB, que serão divididos entre
os sistemas já apontados mantendo­se uma reserva para a inserção de sistemas futuros
(figura 3).

9. Figura 3. Estrutura da fabric SAN na PRODEPA
Para realizar os becapes em todas as bases consolidadas no storage, foi
empregada uma biblioteca de fitas da Sun modelo L100 com capacidade para 100 fitas
LTO­2 de 200 GB cada, sem compressão.
A conexão dos servidores à rede SAN foi feita utilizando HBAs da marca
Emulex para os sistemas baseados em Windows e Qlogic para os Baseados em
Unix/Linux. Os dois concentradores ópticos utilizados (independentes) são da marca
Brocade modelo 3850.
Uma rede ethernet conectada a rede local da empresa permite o gerenciamento
da SAN através de qualquer micro da rede local que tenha o agente e um browser
instalado.
7.4. Ganhos Obtidos
A implantação da rede SAN trouxe consigo a estabilidade dos sistemas que dela fazem
parte. Os problemas com espaço de armazenamento foram sanados, permitindo um
gerenciamento pró­ativo e coerente do espaço em disco, além de garantir a
escalabilidade tanto dos sistemas já componentes da SAN quanto para novos sistemas
que podem ser inseridos no ambiente sem prejuízo para os já existentes.
O rendimento de servidores que atendem aos bancos de dados, citados no item

10. 7.2, voltou a ser satisfatório mesmo sem mudanças no hardware.
As políticas de becape puderam ser replanejadas, sendo executadas de maneira
automatizada e confiável utilizando o robot de fitas. Os monitoramentos referentes à
execução dos becapes são feitos através de logs da ferramenta empregada com esse fim
na solução.
7.5. Dificuldades encontradas
O maior empecilho enfrentado durante a instalação da rede SAN foi o fato de se tratar
de nova tecnologia, desconhecida para toda a equipe envolvida.
Prévios treinamentos fornecidos pelos desenvolvedores da solução adquirida,
para a aprendizagem dos novos paradigmas que envolvem a tecnologia, bem como
consultoria on­site no momento da instalação inicial foram imprescindíveis para que a
equipe mantivesse o serviço em funcionamento nos seus primeiros meses e, a posteriori,
garantir a estabilidade e continuidade dos serviços sem interferências externas.
A migração das bases de dados para o dispositivo de armazenamento, bem como
a instalação das HBAs nos servidores e sua configuração na SAN exigiu janelas de
paradas reduzidas por se tratarem de servidores que operam no regime 24 x 7.
7.6 Novos desafios para o ambiente de storage
A aquisição de um mainframe IBM modelo Z890 criou a demanda da conexão deste
servidor ao storage. Para tanto foi usada uma placa OSA com conector para fibra óptica
instalada no mainframe, interligando­o ao circuito SAN, de forma que instancias linux
instaladas no servidor conseguem (com a devida configuração) ter acesso à volumes do
storage através da rede SAN. Esta estrutura une a capacidade de armazenamento
elevada com a capacidade de processsamento inerente ao mainframe.
Além disso, mais um servidor foi adicionado a estrutura e, tanto na instalação do
servidor de baixa plataforma quanto do mainframe, a SAN continuou funcionando
normalmente. Deixando clara a robustez do sistema.
8. Considerações finais
Uma solução de redes de storage baseada no modelo SAN apresenta elevados padrões
de confiabilidade indispensáveis nos requisitos de sistemas de missão critica. Outras
soluções menos onerosas são viáveis quando as exigências dos sistemas componentes
apresentam níveis menores de criticidade.
A SAN instalada na PRODEPA vem confirmar os requisitos de estabilidade e
confiabilidade além de desempenho e segurança prometidos por esta tecnologia.
Com esta SAN foi possível centralizar de forma segura a gerência do espaço
disponível que pode ser alocado de forma dinâmica para várias aplicações que estão
conectadas ao dispositivo de storage. O gerenciamento do becape também foi facilitado,
sendo executado de forma automatizada e consistente.
A escalabilidade em sistemas heterogêneos também é um requisito atendido a
medida que vão sendo inseridos os novos sistemas ­ inclusive no ambiente de

11. mainframe. As modificações são feitas com o ambiente em produção, sem afetar
nenhum dos sistemas em operação, o que comprova a robustez do ambiente.
Isto posto, ficam comprovadas as vantagens no uso de uma rede SAN com
dispositivos de armazenamento em grande capacidade para a utilização em sistemas
heterogêneos de missão crítica.
Referências
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conclusão de curso (Graduação em Ciência da Computação). Departamento de
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SUN Microsystems, 2003. Sun StorEdge™ 6320 System and 6120 Array Instalation
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Sun. Palo Alto ­ Califórnia ­ U.S.A, 2003
SUN Microsystems, 2004. Installing and Configuring Storage Area Networks (ES490):
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U.S.A, 2004.
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WHITTINGTON, Willis. 2006. Desktop and Enterprise Disk Drivers ­ A World of
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Disponível em: < http://muitomaisti.blogspot.com/2006/12/discos­sata­serial­ata­
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