O Ponto de Inflexão do RAID por Software

Em junho de 2001, algo incrível aconteceu no mundo da TI: a Intel lançou o processador Pentium IIIS de 1,0 GHz baseado em Tualatin. Este foi um dos primeiros processadores Intel (arquitetura IA32) a ultrapassar a barreira de clock de 1 GHz e o primeiro de real relevância. Ele também se destacava por ter suporte a processador duplo e um cache de tamanho duplicado em comparação com seus antecessores baseados em Coppermine ou com seu sucessor Tualatin não-“S” (que veio apenas um mês depois). As placas de sistema PIIIS foram extremamente populares em sua época e formaram a espinha dorsal dos servidores commodity de alto desempenho, como Proliant e PowerEdge, em 2001 e nos anos seguintes, culminando nos sistemas Pentium IIIS de 1,4 GHz com processador duplo, que foram tão importantes que resultaram no início da agora famosa convenção de nomenclatura “G” dos HP Proliant. As máquinas Pentium III eram as “G1”.

O que tudo isso tem a ver com RAID? Bem, precisamos dar um passo atrás e observar onde o RAID se encontrava até maio de 2001. Da década de 1990 até maio de 2001, o RAID por hardware era o padrão no mundo dos servidores IA32, que incluía principalmente sistemas como Novell Netware, Windows NT 4, Windows 2000 e alguns Linux. O RAID por software existia para alguns desses sistemas (não para o Netware), mas os servidores estavam sempre lutando por recursos de CPU e memória, e gastar esses preciosos recursos em funções de RAID era custoso e fazia com que as aplicações competissem com o RAID pelo acesso, de modo que os sistemas frequentemente engasgavam com o conflito. O RAID por hardware resolvia isso adicionando CPU e RAM dedicadas apenas para essas funções.

O RAID no final dos anos 1990 e início dos anos 2000 também era fortemente baseado em RAID 5 e, em menor grau, em RAID 6, com striping de paridade, porque os discos eram minúsculos e extremamente caros em relação à capacidade, e extrair o máximo de capacidade dos discos disponíveis era de prioridade máxima. Riscos como o URE eram tão insignificantes devido aos pequenos tamanhos de capacidade que o RAID de paridade era muito confiável, considerando todos os fatores. As circunstâncias eram completamente diferentes do que seriam em 2009. Em 2001, ainda era comum ver discos rígidos de 2,1 GB, 4,3 GB e 9 GB em servidores corporativos!

Como o RAID de paridade era a norma do momento, e muitos discos eram tipicamente usados em cada servidor, o RAID tinha, em média, mais sobrecarga de CPU em 2000 do que em 2010! Portanto, o impacto do RAID sobre os recursos do sistema era muito significativo.

E esse é o contexto. Mas, em junho de 2001, de repente as pessoas que vinham comprando sistemas IA32 de baixíssimo desempenho passaram a ter acesso aos processadores Tualatin Pentium IIIS, com velocidades de clock muito melhores, suporte eficiente a processador duplo e caches on-chip de tamanho duplicado, que representaram um salto impressionante no desempenho do sistema literalmente da noite para o dia. Com todo esse novo poder e sem nenhuma mudança correspondente nas exigências de software, os sistemas que tradicionalmente eram privados de CPU e RAM subitamente passaram a ter mais do que sabiam usar, especialmente porque threads adicionais ficaram disponíveis e a maioria das aplicações da época era de thread único.

As CPUs do sistema, mesmo na era do Pentium III, eram dramaticamente mais poderosas do que as pequenas CPUs — que muitas vezes eram chips PowerPC ou MIPS de nível básico — dos controladores RAID por hardware, e a memória de sistema disponível era frequentemente muito maior do que os caches de RAM por hardware. Investir em memória de sistema adicional costumava ser muito mais eficaz e, em geral, vantajoso. Assim, com a disponibilidade de capacidade ociosa no sistema principal, as funções de RAID podiam, em média, ser transferidas das placas RAID por hardware para o sistema central e ganhar desempenho, mesmo abrindo mão da CPU e da RAM adicionais das placas RAID por hardware. Isso não era verdade em sistemas sobrecarregados, privados de recursos, e era mais relevante para sistemas de RAID de paridade, com o RAID 6 se beneficiando mais e os sistemas sem paridade, como RAID 1 e 0, se beneficiando menos.

Mas junho de 2001 foi o famoso ponto de inflexão – antes dessa data, o sistema IA32 médio era mais rápido usando RAID por hardware. E, depois de junho de 2001, os novos sistemas adquiridos seriam, em média, mais rápidos com RAID por software. A cada ano que passa, as vantagens têm pendido cada vez mais em direção ao RAID por software, com a abundância de núcleos de CPU subutilizados, threads ociosas e RAM sobressalente explodindo, sendo a única vantagem a favor do RAID por hardware a queda no uso do RAID de paridade, à medida que o RAID espelhado assumiu como padrão, com o aumento dramático dos tamanhos de disco e a queda dos custos de capacidade.

Hoje, já se passaram mais de quinze anos desde que a noção de que o RAID por hardware seria mais rápido foi aposentada. A crença persiste principalmente devido ao curioso efeito “Turma de 1998”. Mas isso há muito é um mito repetido indevidamente por aqueles que não tiveram o cuidado de compreender o material de origem original. O RAID por hardware continua a ter benefícios, mas o desempenho não tem sido um deles durante a maior parte do tempo em que temos RAID e não se espera que volte a superá-lo um dia.