Modelagem de desempenho e disponibilidade para sistemas de armazenamento híbridos

Abstract

O aperfeiçoamento de sistemas computacionais pode vir a ser limitado de acordo com a eficiência dos dispositivos de armazenamento. Deste modo, a substituição de dispositivos de disco rígido (hard disk drives) por dispositivos de estado sólido (solid-state drives) pode ser uma forma efetiva para melhorar o desempenho dos sistemas, tanto para computadores pessoais, quanto para data centers. Entretanto, o alto custo por gigabyte e um reduzido tempo de vida, dificulta a substituição por completo dos hard disk drives (HDDs) por solid-state drives (SSDs). Para mitigar estas questões, diversas arquiteturas e políticas de armazenamento têm sido concebidas baseadas em sistemas de armazenamento híbridos, todavia, não propõem modelos de desempenho e disponibilidade para melhor avaliar diferentes arquiteturas. Esta dissertação apresenta uma abordagem baseada em modelos estocásticos para a modelagem de desempenho e disponibilidade de sistemas de armazenamento híbridos, usando redes de Petri estocásticas (SPN) e diagrama de blocos de confiabilidade (RBD). Os modelos propostos possibilitam representar operações de escrita, leitura e mixed (escrita e leitura), e eles podem estimar tempo médio de resposta, vazão e disponibilidade. Inicialmente, análises estatísticas (teste t emparelhado) validam os modelos SPN concebidos, para um cenário com quatro diferentes dispositivos de armazenamento (HDDs) e cinco tamanhos diferentes de objetos, com o auxílio do DiskSim, que é uma ferramenta de simulação de sistemas de armazenamento. Em seguida, um planejamento de experimento (DoE) define os fatores relevantes para uma arquitetura baseada na plataforma de computação em nuvem adotada (OpenStack Swift). Posteriormente, experimentos de desempenho e disponibilidade, considerando esta plataforma de computação em nuvem, proporcionam uma comparação entre tecnologias de armazenamento tradicionais (HDD e SSD) e diferentes soluções de armazenamento híbrido. Além disso, este trabalho propõe a avaliação conjunta do desempenho (tempo médio de resposta), disponibilidade (para o cálculo do downtime) e custo, com o intuito de fornecer uma análise a respeito de diferentes tecnologias e arquiteturas de armazenamento, bem como políticas de leitura e escrita. Os resultados demonstram a viabilidade da abordagem proposta, bem como os benefícios por adotar dispositivos de armazenamento híbridos associados a uma política de armazenamento adequada.