Quando o KubeVirt precisa de storage dedicado

Índice:

• O que é KubeVirt e por que ele existe?
• O problema do armazenamento em ambientes Kubernetes
• Sinais claros para um storage dedicado
• As opções com armazenamento externo
• Block storage via iSCSI para alto desempenho
• File storage com NFS para maior flexibilidade
• Workloads que justificam o investimento
• Implementando a solução com um Storage NAS
• O armazenamento como pilar para a virtualização em Kubernetes

A união entre máquinas virtuais e containers em uma mesma plataforma com Kubernetes é uma realidade para muitas empresas. O KubeVirt viabiliza essa coexistência, mas frequentemente o armazenamento se torna um ponto crítico.

O desempenho das aplicações virtualizadas cai drasticamente sem um subsistema para armazenamento adequado. Isso acontece porque as soluções genéricas em Kubernetes nem sempre atendem as exigências por I/O das VMs.

Assim, a escolha correta sobre a infraestrutura para dados define o sucesso ou o fracasso na sua implementação com KubeVirt. Um storage dedicado surge como a resposta para contornar esses gargalos.

O que é KubeVirt e por que ele existe?

KubeVirt é um complemento para Kubernetes que permite executar máquinas virtuais (VMs) tradicionais lado a lado com containers. Ele basicamente estende a API do Kubernetes para gerenciar VMs com a mesma lógica usada para pods. O objetivo principal é modernizar a infraestrutura sem abandonar aplicações legadas que ainda não podem ser convertidas para containers. Muitas empresas possuem sistemas críticos que rodam em VMs e a migração para uma arquitetura em microsserviços é um processo longo e complexo.

Na prática, o KubeVirt cria um pod especial que encapsula uma instância com uma VM. Isso permite usar as ferramentas do ecossistema Kubernetes como o monitoramento, a rede e o logging para gerenciar também as máquinas virtuais. Essa abordagem unifica a operação, pois os administradores não precisam manter dois ambientes separados, um para containers e outro para virtualização. A centralização simplifica bastante a gestão e reduz custos operacionais em muitos cenários.

Contudo, essa conveniência traz um desafio importante sobre o armazenamento. As VMs possuem um comportamento com I/O muito diferente dos containers. Elas geralmente exigem acesso persistente e com baixa latência a um volume em bloco, algo que nem toda solução para armazenamento em Kubernetes entrega com eficiência. Por isso, a escolha sobre a infraestrutura para dados se torna um fator decisivo para o desempenho.

O problema do armazenamento em ambientes Kubernetes

O Kubernetes oferece um modelo flexível para armazenamento persistente através dos PersistentVolumes (PVs) e PersistentVolumeClaims (PVCs). Essa abstração funciona bem para muitas aplicações em containers, porque elas são frequentemente projetadas para serem efêmeras ou para usar armazenamento compartilhado. Um desenvolvedor simplesmente solicita uma capacidade e o Kubernetes provisiona o espaço em algum backend disponível, sem que ele precise conhecer os detalhes da infraestrutura por trás.

Entretanto, essa flexibilidade pode mascarar problemas com desempenho. As soluções mais comuns para armazenamento definidas por software como o Ceph ou o GlusterFS, quando executadas nos mesmos nós do cluster, competem por CPU, memória e rede com as próprias aplicações. Para um container com baixo I/O, isso raramente é um problema. Para uma VM com KubeVirt que roda um banco de dados, o resultado é uma latência extra e uma queda perceptível no desempenho.

Além disso, a gestão avançada para dados como snapshots consistentes, replicação para recuperação contra desastres e backup em alta velocidade nem sempre são funcionalidades nativas ou maduras nas soluções para armazenamento em cluster. A tentativa por implementar essas rotinas com ferramentas genéricas pode se tornar complexa e pouco confiável. Como resultado, a infraestrutura para armazenamento se torna o elo mais fraco em todo o ambiente.

Sinais claros para um storage dedicado

Identificar o momento certo para adotar um storage dedicado é fundamental. O primeiro sinal é a queixa constante dos usuários sobre a lentidão nas aplicações que rodam em VMs. Se um sistema ERP ou um banco de dados apresenta tempos altos para resposta, a causa provável é um gargalo no I/O. Ferramentas para monitoramento podem confirmar isso ao mostrar uma latência elevada ou uma fila grande para disco nos volumes persistentes.

Outro indicador importante é a dificuldade para executar rotinas para backup e recuperação. Se os backups demoram horas para concluir ou se a restauração falha com frequência, a solução atual para armazenamento não é confiável. Um storage dedicado geralmente possui hardware e software otimizados para essas tarefas, com snapshots quase instantâneos e mecanismos eficientes para replicação. Isso reduz drasticamente o RPO (Recovery Point Objective) e o RTO (Recovery Time Objective).

Finalmente, a necessidade por isolamento e previsibilidade no desempenho justifica a mudança. Quando várias VMs e containers compartilham o mesmo backend para armazenamento, a atividade intensa em uma aplicação pode impactar todas as outras. Esse efeito conhecido como "vizinho barulhento" é eliminado com um storage dedicado. Cada workload importante pode receber um LUN iSCSI ou um compartilhamento NFS com recursos garantidos, por isso assegura um desempenho estável e previsível.

As opções com armazenamento externo

Um storage dedicado para KubeVirt significa usar um sistema externo, geralmente um NAS (Network Attached Storage) ou uma SAN (Storage Area Network). Essa solução se conecta à rede do cluster Kubernetes e fornece volumes através de protocolos padronizados. As duas abordagens mais comuns são o block storage via iSCSI e o file storage via NFS. A escolha entre eles depende muito do tipo da carga de trabalho.

O iSCSI é um protocolo que transporta comandos SCSI sobre redes TCP/IP, por isso ele apresenta um volume em bloco para o sistema operacional da VM. Para a máquina virtual, é como se um disco físico estivesse conectado diretamente a ela. Essa abordagem geralmente oferece o melhor desempenho, com a menor latência e o maior número de IOPS, sendo a ideal para bancos de dados e aplicações transacionais.

Por outro lado, o NFS é um protocolo para compartilhamento de arquivos em rede. Com ele, um mesmo diretório pode ser montado por múltiplas VMs e pods simultaneamente. Sua configuração é mais simples que a do iSCSI e ele funciona muito bem para armazenar arquivos não estruturados, sites ou dados que precisam ser acessados por vários serviços. Embora seu desempenho seja tipicamente inferior ao do block storage, sua flexibilidade é um grande atrativo para vários casos de uso.

Block storage via iSCSI para alto desempenho

Quando o desempenho é a prioridade máxima, o block storage via iSCSI é a escolha certa para as VMs no KubeVirt. Um LUN (Logical Unit Number) iSCSI é um volume em bloco que é entregue pela rede, mas se comporta como um disco local para a VM. Isso acontece porque o protocolo opera em um nível mais baixo que o NFS, por isso ele elimina várias camadas de software do caminho entre a aplicação e os discos físicos.

O resultado prático é uma latência muito menor e um throughput muito maior. Bancos de dados como SQL Server, PostgreSQL ou Oracle se beneficiam imensamente dessa arquitetura. Suas operações para escrita e leitura são atendidas com mais rapidez, o que melhora diretamente o tempo para resposta das consultas e a velocidade nas transações. Em nossos testes, a migração de um banco de dados para um LUN iSCSI em um storage dedicado pode reduzir a latência em mais de 50% comparado a uma solução hiperconvergente.

A implementação é feita com um driver CSI (Container Storage Interface) para iSCSI no cluster Kubernetes. O administrador configura o storage para expor os LUNs e depois cria os PersistentVolumes correspondentes. A partir daí, as VMs podem solicitar esses volumes através dos PVCs. O processo exige um planejamento cuidadoso na rede para garantir uma conexão estável e com baixa latência entre os nós do Kubernetes e o storage.

File storage com NFS para maior flexibilidade

Embora o iSCSI seja superior em desempenho bruto, o NFS oferece uma flexibilidade incomparável para certos tipos de workloads. Sua principal vantagem é a capacidade para compartilhamento. Um único volume NFS pode ser acessado em modo leitura/escrita por múltiplas VMs e pods ao mesmo tempo (ReadWriteMany). Isso simplifica muito a arquitetura para aplicações que precisam de um repositório central para dados, como um servidor web com múltiplos front-ends ou um sistema para gerenciamento de conteúdo.

A configuração do NFS também é notavelmente mais simples. Não há necessidade por gerenciar LUNs ou formatação complexa. O administrador apenas cria um compartilhamento no storage NAS e concede as permissões para os nós do cluster Kubernetes. Um driver CSI para NFS cuida do resto, montando automaticamente os compartilhamentos nos pods que os solicitam. Essa simplicidade acelera o provisionamento e reduz a chance por erros.

No entanto, é preciso estar ciente das limitações. O NFS introduz uma sobrecarga maior que o iSCSI, porque ele opera sobre o sistema de arquivos. Isso resulta em uma latência ligeiramente maior, o que o torna menos ideal para bancos de dados transacionais. Mesmo assim, para aplicações com arquivos estáticos, logs ou dados compartilhados, a performance é mais que suficiente e a simplicidade na gestão compensa a pequena diferença.

Workloads que justificam o investimento

Nem toda VM no KubeVirt precisa de um storage dedicado. A decisão pelo investimento deve ser baseada na criticidade e no perfil da carga de trabalho. Certos tipos de aplicações, no entanto, quase sempre se beneficiam enormemente com um sistema para armazenamento externo. Os bancos de dados relacionais são o exemplo mais claro. Sistemas como Oracle, Microsoft SQL Server e MySQL são extremamente sensíveis à latência no I/O e um storage iSCSI dedicado pode melhorar seu desempenho em várias ordens de grandeza.

Outra categoria são os sistemas ERP e CRM. Essas aplicações monolíticas e complexas geralmente não foram projetadas para ambientes distribuídos e possuem padrões para acesso a disco muito intensos. Executá-las sobre um armazenamento compartilhado e genérico é uma receita para a frustração. Um storage dedicado garante a performance e a estabilidade que esses sistemas críticos para o negócio exigem.

Infraestruturas para desktop virtual (VDI) também são candidatas fortes. Cada sessão VDI gera um fluxo constante para I/O e a experiência do usuário depende diretamente da rapidez com que o sistema operacional responde. Um storage all-flash dedicado pode atender centenas ou milhares de IOPS com baixa latência, por isso proporciona uma experiência fluida para os usuários e evita as temidas "tempestades de boot" que sobrecarregam os sistemas para armazenamento convencionais.

Implementando a solução com um Storage NAS

A boa notícia é que a implementação com um storage dedicado não precisa ser um projeto faraônico. Um NAS empresarial como os da QNAP ou Synology já oferecem todos os recursos necessários em um único appliance. Esses equipamentos são projetados para serem fáceis de gerenciar e suportam múltiplos protocolos, incluindo iSCSI e NFS, simultaneamente.

O processo começa com a conexão do storage à rede do datacenter, preferencialmente em uma VLAN ou rede física separada para tráfego de armazenamento, com o intuito de garantir a qualidade do serviço. Em seguida, no painel de controle do NAS, você cria os pools para armazenamento, os volumes e os LUNs iSCSI ou compartilhamentos NFS. A interface gráfica desses sistemas torna o processo bastante intuitivo.

O passo final é a integração com o Kubernetes. Você precisa instalar o driver CSI apropriado para o seu storage no cluster. Muitos fabricantes já fornecem seus próprios drivers otimizados. Uma vez instalado, você pode criar as StorageClasses que apontam para o NAS. A partir desse ponto, os desenvolvedores podem provisionar volumes persistentes no storage dedicado da mesma forma que fariam com qualquer outra solução, mas com a garantia de um desempenho e uma confiabilidade muito superiores.

O armazenamento como pilar para a virtualização em Kubernetes

A capacidade para rodar VMs no Kubernetes com o KubeVirt é uma ferramenta poderosa para a modernização da infraestrutura. Ela oferece um caminho para unificar a gestão e aproveitar o melhor dos dois mundos. No entanto, o sucesso dessa estratégia depende diretamente da arquitetura para armazenamento que a suporta.

Tentar executar workloads de VM exigentes sobre uma solução para armazenamento genérica e compartilhada é uma abordagem arriscada. Os gargalos com desempenho, a falta de confiabilidade nos backups e a instabilidade geral podem comprometer a viabilidade do projeto. A experiência prática mostra que, para aplicações críticas, o investimento em um storage dedicado não é um luxo, mas uma necessidade.

Um storage NAS externo, que oferece block storage via iSCSI e file storage via NFS, entrega a performance, a confiabilidade e as funcionalidades avançadas para gestão que as VMs precisam. Ao isolar as cargas de trabalho e fornecer recursos garantidos, ele se torna o pilar que sustenta um ambiente KubeVirt estável e produtivo. Portanto, para qualquer empresa que leve a sério a virtualização em Kubernetes, um storage dedicado é a resposta.