A computação em nuvem transformou a maneira como as empresas operam, permitindo-lhes alugar recursos de processamento, armazenamento e rede conforme necessário. Essa flexibilidade oferece diversos benefícios, incluindo redução de custos, escalabilidade e maior agilidade no desenvolvimento de aplicações. Um aspecto fundamental da computação em nuvem é sua habilidade para escalar recursos de acordo com a demanda, o que pode ser alcançado através de duas abordagens principais: escalabilidade vertical e horizontal.
Neste artigo, analisaremos e compararemos esses dois conceitos, destacando suas vantagens e desvantagens, e ajudaremos a entender a melhor opção para cada cenário. Com essa base, você será capaz de tomar decisões informadas sobre como escalar seus recursos em um ambiente de nuvem.
Observação: Para este post, sempre que mencionar o termo “instância”, estarei me referindo a “máquinas virtuais”. Isso ocorre porque a Amazon Web Services nomeia seu serviço de máquinas virtuais como “instâncias”.
Escalabilidade Vertical
A escalabilidade vertical, também conhecida como “scale up”, é o processo de aumentar os recursos de um servidor individual, como a capacidade de processamento, memória e armazenamento, para lidar com cargas de trabalho crescentes. Isso é feito através da adição de recursos de hardware, como CPUs mais rápidas, maior quantidade de memória RAM ou mais espaço em disco.
Vantagens da escalabilidade vertical
Simplicidade
A escalabilidade vertical é geralmente mais simples do que a escalabilidade horizontal, pois não exige a adição de novos servidores ou a reconfiguração de aplicativos existentes. Basta adicionar mais recursos ao servidor existente, e o desempenho do sistema deve melhorar. A escalabilidade vertical pode oferecer um maior nível de simplicidade na administração da infraestrutura. Como não há necessidade de gerenciar vários servidores, os processos de instalação, configuração, atualização e monitoramento se tornam mais simples e diretos. Com a escalabilidade vertical pode permitir que você maximize o uso dos recursos existentes, evitando a ociosidade de recursos em servidores menores ou subutilizados. Com isso, você pode reduzir o número de servidores que precisa gerenciar, simplificando a operação e reduzindo os custos operacionais.
Flexibilidade
O scale up permite uma maior flexibilidade na escolha dos recursos disponíveis. Você pode escolher instâncias com diferentes configurações de hardware, como memória RAM, CPU e armazenamento, de acordo com as necessidades específicas de cada aplicação ou carga de trabalho. Isso pode ajudar a otimizar o desempenho do sistema e a economizar em custos de infraestrutura, uma vez que você pode escolher a configuração mais adequada para cada caso. Outra vantagem é que o scale-up em ambiente cloud pode ser realizado de forma automatizada, por meio de ferramentas. Usando o EC2 da AWS como exemplo, ele oferece opções de dimensionamento automático que permitem que você adicione ou remova instâncias automaticamente em resposta às variações na demanda, o que ajuda a garantir o desempenho do sistema e reduzir os custos operacionais.
Menor latência entre vários serviços
Quando você adiciona recursos a um único servidor, você pode reduzir a latência das comunicações entre os componentes do sistema, pois todos os dados estão no mesmo servidor e não precisam ser transmitidos através da rede. Esse não é um problema no mundo atual, que as conexões em milésimos de segundo conseguem sair de um continente para o outro, porém, facilita quando precisamo da minima latência possível para determinado serviço. Uma das vantagens de ter uma menor latência entre vários serviços é que isso pode melhorar significativamente a experiência do usuário final. Qualquer atraso na transmissão de dados pode levar a uma experiência insatisfatória, interrupções ou falhas no sistema. Sendo assim, minimizar a latência é fundamental para garantir a qualidade e a eficiência desses serviços. Além disso, a redução da latência pode melhorar o desempenho geral do sistema, tornando-o mais rápido e responsivo, o que pode ser crucial em muitos cenários, especialmente em ambientes empresariais onde a eficiência e a produtividade são fundamentais.
Melhor desempenho
Como as instâncias são aprimoradas com mais recursos, como memória RAM e CPU mais poderosa, o desempenho do aplicativo pode melhorar significativamente. Isso pode ajudar a aumentar a velocidade de processamento e a reduzir os tempos de resposta. Além disso, ao utilizar instâncias com mais recursos, é possível melhorar a escalabilidade do aplicativo. Com mais recursos disponíveis, o sistema pode lidar com um maior número de usuários e transações simultâneas, sem comprometer o desempenho ou a estabilidade. Isso significa que, mesmo em momentos de pico de uso, o aplicativo pode continuar operando com eficiência, sem apresentar lentidão ou falhas. É um cenário particularmente importante para empresas que lidam com um grande volume de tráfego ou que precisam oferecer uma experiência de alta disponibilidade para seus usuários.
Redução de custos
O uso de scale-up em ambiente cloud pode ser uma opção mais econômica do que o uso de várias instâncias menores. Isso ocorre porque a utilização de instâncias menores pode gerar sobrecarga na comunicação entre elas, aumentando o custo geral. Com o scale-up, é possível evitar essa sobrecarga e ter um melhor uso dos recursos disponíveis. Ao utilizar instâncias maiores, pode-se reduzir os custos com manutenção e gerenciamento de infraestrutura. Com menos instâncias para gerenciar, a equipe de TI pode focar em tarefas mais estratégicas e de maior valor para a empresa. Em alguns casos, o uso de instâncias maiores pode permitir uma melhor negociação de preços com os provedores de nuvem, reduzindo ainda mais os custos operacionais.
Redução de custos com licenças
Outro benefício do scale-up em ambiente cloud é a economia em licenças de software. Com instâncias maiores e mais poderosas, é possível executar as aplicações em menos servidores, reduzindo a necessidade de licenças de software para esses servidores. Isso pode representar uma economia significativa para empresas que precisam utilizar softwares comerciais licenciados, especialmente quando o número de licenças necessárias é alto. Com o scale-up, as licenças que são adquiridas podem ser melhor aproveitadas, uma vez que a capacidade de processamento da instância pode ser mais bem explorada, aumentando a eficiência e a produtividade do sistema como um todo.
Melhorar o gerenciamento
Gerenciar uma única instância é mais simples do que gerenciar várias instâncias menores. Com o scale-up, você pode ter um melhor controle sobre os recursos utilizados, reduzindo a complexidade do gerenciamento. Falando aqui de Cybersegurança, ter menos instâncias também pode trazer benefícios significativos. Com menos pontos de entrada no sistema, fica mais fácil monitorar e proteger a infraestrutura contra ameaças cibernéticas. Nesse cenário acaba sendo mais fácil aplicar e gerenciar políticas de segurança em um ambiente com menos instâncias, o que pode garantir uma proteção mais efetiva dos dados e sistemas da empresa.
Desvantagens da escalabilidade vertical
Limitações de hardware
Há um limite para o quanto um servidor individual pode ser atualizado. Uma vez que esse limite seja atingido, a escalabilidade vertical não será mais possível, e você precisará recorrer à escalabilidade horizontal. Essa limitação de hardware pode ser uma das principais desvantagens da escalabilidade vertical. A adição de mais recursos em um servidor pode se tornar inviável e economicamente inviável em comparação com a adição de novos servidores em um ambiente de escalabilidade horizontal.
Indisponibilidade durante atualizações
Outra desvantagem da escalabilidade vertical é que a atualização dos recursos de hardware de um servidor pode exigir tempo de inatividade, o que pode afetar a disponibilidade do serviço. Dependendo da complexidade da atualização e da importância do serviço, pode ser necessário interromper o sistema por um período significativo de tempo, o que pode resultar em perda de produtividade, receita e insatisfação dos usuários.
Custo
Ao aumentar os recursos de hardware de um servidor, é importante considerar que os custos podem ser elevados, principalmente se você estiver utilizando equipamentos de última geração. Isso ocorre porque, ao adicionar mais memória RAM, processadores mais potentes ou discos de alta capacidade, o custo desses componentes pode ser bastante elevado. Por isso, antes de investir na atualização de hardware do servidor existente, é importante avaliar se essa opção realmente é a mais vantajosa para o seu negócio. Em muitos casos, pode ser mais viável adicionar novos servidores, distribuindo a carga de trabalho e aproveitando os benefícios da escalabilidade horizontal. Assim, é importante fazer uma análise detalhada dos custos e benefícios antes de tomar qualquer decisão.
Pontos únicos de falha
Pontos únicos de falha são uma preocupação importante em ambientes de nuvem escaláveis horizontalmente. Ao aumentar os recursos de hardware de um único servidor, é possível criar um ponto único de falha no sistema. Isso ocorre porque, ao concentrar toda a carga de trabalho em um único servidor, a falha deste pode afetar todo o sistema, tornando-o menos resiliente e redundante.
Menor flexibilidade na distribuição de carga
A escalabilidade vertical não oferece a mesma flexibilidade que a escalabilidade horizontal na distribuição de carga entre vários servidores, o que pode limitar a capacidade do sistema de lidar com picos de tráfego ou cargas de trabalho imprevisíveis.
Escalabilidade Horizontal
A escalabilidade horizontal é um conceito importante em tecnologia da informação e refere-se à capacidade de adicionar novos recursos ao sistema, como servidores, para aumentar sua capacidade de processamento e atender às demandas crescentes de usuários e dados. Isso é feito distribuindo a carga de trabalho entre vários servidores em vez de concentrá-la em um único servidor, o que permite que o sistema seja escalado de forma mais eficiente e com menor risco de falhas. A escalabilidade horizontal permite que o sistema seja expandido de forma modular, adicionando mais servidores conforme necessário, o que resulta em custos mais baixos e maior flexibilidade.
Vantagens da Escalabilidade Horizontal
Maior disponibilidade
A distribuição da carga de trabalho entre vários servidores na escalabilidade horizontal oferece uma maior disponibilidade do sistema, garantindo que ele esteja sempre disponível para os usuários, mesmo em situações de falha de hardware. Isso ocorre porque, com a distribuição da carga de trabalho em diversos servidores, mesmo que um servidor falhe ou seja desligado para manutenção, os outros ainda estarão operando normalmente e assumirão a carga de trabalho. Além disso, a escalabilidade horizontal pode incluir a implementação de estratégias de balanceamento de carga, que distribuem a carga de trabalho de forma mais uniforme entre os servidores, garantindo que cada um deles esteja operando de forma otimizada. Em resumo, a escalabilidade horizontal é uma estratégia importante para garantir que o sistema esteja sempre disponível e operando de forma eficiente, mesmo em situações de falha ou alta demanda.
Redundância
Adição de novos servidores, o que aumenta a redundância do sistema, reduzindo a possibilidade de interrupções e falhas. Com a distribuição da carga de trabalho entre vários servidores, mesmo que um servidor apresente problemas, os outros assumem a carga de trabalho, garantindo a continuidade do sistema. Além disso, é possível implementar estratégias de replicação de dados e backup, garantindo que as informações estejam sempre disponíveis, mesmo em caso de falhas de hardware. Dessa forma, a redundância oferecida pela escalabilidade horizontal aumenta a confiabilidade do sistema, reduzindo a possibilidade de perda de dados ou interrupções no serviço. Por isso, a escalabilidade horizontal é uma opção cada vez mais popular para empresas que precisam garantir a disponibilidade e confiabilidade de seus sistemas críticos.
Maior capacidade de processamento:
Uma das principais vantagens da escalabilidade horizontal é a possibilidade de aumentar facilmente a capacidade de processamento do sistema. Com a adição de novos servidores, é possível distribuir a carga de trabalho entre eles, aumentando a capacidade de processamento do sistema como um todo. Isso permite que o sistema seja capaz de lidar com um maior número de usuários e dados, mantendo um bom desempenho mesmo em momentos de pico de demanda.
Flexibilidade:
A escalabilidade horizontal oferece uma flexibilidade maior do que a escalabilidade vertical, uma vez que permite que o sistema seja expandido de forma modular, adicionando novos servidores conforme necessário. Essa abordagem permite que a expansão do sistema seja feita de forma mais precisa e ajustada às necessidades do negócio, permitindo uma melhor alocação de recursos e reduzindo custos desnecessários.
Redução de custos:
A escalabilidade horizontal pode ser uma opção mais econômica do que a escalabilidade vertical, pois o custo de adicionar um novo servidor é geralmente menor do que o custo de atualizar um servidor existente com novos recursos de hardware. Isso ocorre porque, na escalabilidade vertical, a atualização de um único servidor pode envolver custos significativos, como a substituição de componentes caros, como processadores, memória RAM ou discos rígidos.
Desvantagens da Escalabilidade Horizontal
Latência da rede: A latência da rede é um problema comum quando se trata de escalabilidade horizontal em ambientes de nuvem. Quando a infraestrutura de nuvem é escalada horizontalmente, os servidores adicionais podem estar localizados em diferentes regiões geográficas ou data centers, o que pode levar a um aumento na latência da rede. Isso pode resultar em uma experiência do usuário final mais lenta, especialmente se houver muita comunicação entre os servidores.
Para minimizar a latência da rede, é importante escolher um provedor de nuvem que ofereça data centers próximos aos seus usuários ou que permita a distribuição de seus servidores em diferentes regiões geográficas. Além disso, o uso de caches de dados distribuídos pode ajudar a reduzir a latência, permitindo que os dados sejam armazenados localmente em cada servidor para acesso mais rápido. Outra estratégia é utilizar redes de entrega de conteúdo (CDN) que são projetadas para distribuir conteúdo para usuários finais em diferentes locais geográficos, reduzindo a latência da rede e melhorando a experiência do usuário final.
Custo variável
A escalabilidade horizontal em ambientes de nuvem pode oferecer muitos benefícios, incluindo a capacidade de ajustar rapidamente a capacidade de computação de acordo com as necessidades de pico de uma aplicação ou serviço. No entanto, isso pode levar a custos variáveis, uma vez que o uso de recursos pode flutuar com base na demanda.
Com a escalabilidade horizontal em nuvem, os custos podem ser calculados com base no número de instâncias, recursos de computação, armazenamento e transferência de dados utilizados. A variação na demanda do serviço pode levar a um aumento ou redução desses custos, o que pode ser difícil de prever. Essa variação pode ser particularmente problemática para empresas que dependem de orçamentos fixos, uma vez que os custos variáveis podem dificultar a previsão de despesas e, em alguns casos, ultrapassar o orçamento.
Para lidar com custos variáveis, é importante implementar estratégias de monitoramento de custos que possam ajudar a prever flutuações de demanda e orçamento. Isso pode incluir o uso de ferramentas de monitoramento de custos em tempo real, a definição de orçamentos de gastos máximos para evitar custos excessivos, e o uso de estratégias de otimização de custos, como o desligamento de instâncias ociosas. Fora isso, o uso de serviços de nuvem que oferecem preços sob demanda ou opções de pagamento por uso pode ajudar a minimizar os custos variáveis.
Complexidade de configuração
A complexidade de configuração é uma das principais desvantagens da escalabilidade horizontal em ambientes de nuvem. A configuração de um ambiente de nuvem escalável horizontalmente pode ser complexa, pois envolve a configuração de vários componentes de software e rede em cada servidor, bem como a integração entre eles. Além disso, pode ser necessário utilizar ferramentas de orquestração de contêineres ou de gerenciamento de clusters para garantir que os servidores funcionem juntos como um sistema coeso.
A configuração de um ambiente de nuvem escalável horizontalmente pode ser particularmente desafiadora para empresas que não têm experiência em nuvem ou que possuem recursos de TI limitados. O processo de configuração pode levar muito tempo e requerer habilidades técnicas avançadas para garantir que tudo esteja configurado corretamente e integrado perfeitamente.
Dependência do provedor de nuvem
A dependência do provedor de nuvem é outra desvantagem da escalabilidade horizontal em ambientes de nuvem. A migração para um ambiente de nuvem escalável horizontalmente pode fazer com que as empresas se tornem dependentes do provedor de nuvem escolhido, o que pode limitar a portabilidade da aplicação e o acesso aos recursos da nuvem.
A dependência do provedor de nuvem pode levar a vários desafios, como o bloqueio de fornecedores, em que uma empresa fica presa a um único provedor de nuvem e é incapaz de mudar para outro, ou a falta de acesso aos recursos de nuvem, que são exclusivos para determinado provedor de nuvem. Além disso, o provedor de nuvem pode não oferecer todos os recursos necessários para a aplicação ou serviço em questão, o que pode limitar a funcionalidade ou eficiência da aplicação ou serviço.
Segurança
A segurança é uma preocupação crítica para qualquer ambiente de computação, e a escalabilidade horizontal em ambientes de nuvem pode aumentar o risco de vulnerabilidades de segurança. A adição de servidores adicionais pode abrir novos pontos de entrada para ataques maliciosos, e a natureza distribuída da infraestrutura de nuvem pode tornar a detecção de violações de segurança mais difícil.
Para minimizar o risco de vulnerabilidades de segurança na escalabilidade horizontal em ambientes de nuvem, é importante implementar medidas de segurança adequadas em todo o ambiente de nuvem. Isso inclui a implementação de protocolos de segurança padrão, como autenticação e criptografia, bem como a adoção de práticas de segurança recomendadas, como o princípio do menor privilégio e o gerenciamento de patches e atualizações de segurança. Além disso, é importante monitorar regularmente a atividade do sistema para detectar potenciais violações de segurança e estar preparado para responder rapidamente em caso de incidentes de segurança.
Outra estratégia importante para a segurança na escalabilidade horizontal em ambientes de nuvem é adotar uma abordagem de segurança de nuvem compartilhada. Isso significa que tanto o provedor de nuvem quanto o cliente são responsáveis pela segurança do ambiente de nuvem, e é importante ter uma compreensão clara das responsabilidades de segurança de cada parte. A implementação de medidas de segurança em todas as camadas do ambiente de nuvem, incluindo rede, aplicativo e infraestrutura, pode ajudar a minimizar o risco de vulnerabilidades de segurança.
No link você pode ver a politica de segurança compartilhada que é usada na AWS: https://aws.amazon.com/pt/compliance/shared-responsibility-model/
