Nas Nuvens / Cloud Computing

Pessoal,

Depois de falar tanto sobre nuvem, SaaS e tudo mais, acho interessante mostrar o que faz a nuvem funcionar.

Os serviços de cloud mundo afora precisam de computadores, isso todo mundo já deve imaginar. Esses computadores são agrupados em grandes centros chamados “Data Centers”.

Os computadores que rodam dentro desses Data Centers são mais comumente chamados de “servidores”. Por serem computadores que “servem” a uma grande quantidade de requisições. São normalmente computadores com processadores mais poderosos, mais memória e mais espaço de armazenamento de dados:

Servidores, ao contrário dos computadores pessoais, não precisam de um teclado e um monitor para cada um, salvo em raras situações de manutenção. Por isso, costumam ser empilhados num móvel especial chamado “rack”, para ganhar espaço:

Racks, por sua vez, são dispostos em corredores como o da foto a seguir:

Serviços de cloud, como todos imaginam, funcionam ininterruptamente. Servidores nunca são desligados e não podem parar, mesmo em caso de falta de luz. Para isso, todo Data Center dispõe de geradores, como estes geradores a diesel. É tão importante manter a energia que os geradores podem possuir redundância, ou seja, mesmo que um dos geradores falhe, os outros mantém o fornecimento de energia, como se vê abaixo:

Para garantir o funcionamento em períodos prolongados como blecautes (como o que ocorreu em novembro de 2009), os data centers devem possuir reservas de óleo diesel para abastecer os geradores. Este tanque subterrâneo, em que se vê somente a entrada de abastecimento, possui capacidade de 30.000 litros, o suficiente para mais de sete dias seguidos sem precisar sequer comprar combustível.

Outro componente importante é o “No-break”. Como o próprio nome diz, sua finalidade é manter energia fluindo para os servidores mesmo durante o pouco tempo que os geradores levam para ser acionados em caso de falta de luz, tipicamente cerca de alguns segundos. O no-break funciona com baterias que são recarregadas enquanto há energia vindo da concessionária ou dos geradores, e que fornecem energia aos servidores durante este tempo de chaveamento.

Este sistema, abaixo, é bastante sofisticado, pois possui baterias que podem ser desencaixadas, para reposição em caso de falhas mesmo enquanto o no-break estiver funcionando. Esse sistema se chama “hot swap”:

Para melhorar ainda mais a disponibilidade dos serviços, a maioria dos servidores de cloud possui duas tomadas independentes. O servidor funciona mesmo que houver energia somente em uma das tomadas:

Para complementar a segurança, cada tomada está ligada em um circuito independente, com seu próprio no-break. Portanto, existem dois grupos distintos de no-breaks, um para cada lado dos servidores.

Até agora vimos como é importante manter o fluxo de energia elétrica aos servidores. Mas não é só isso.

As CPUs que funcionam dentro dos servidores esquentam. Em termos básicos, a CPU (aquele chip, o “cérebro” que fica entro do computador) é um conjunto de milhões de chaves microscópicas colocadas dentro de um pequeno espaço (o “núcleo”). Sempre que a CPU está executando algum programa, milhões dessas chaves são acionadas milhares de vezes por segundo. Isso gera calor. Num servidor, a dissipação é de torno de 180 watts, ou seja, o equivalente a três lâmpadas amarelas.

Imagine juntar milhares de lâmpadas numa sala. Isso gerará calor. Juntando milhares de servidores, portanto, haverá o mesmo efeito. Por isso os sistemas de ar condicionado são muito críticos. Em poucos minutos sem ar condicionado, um data center pode chegar a temperaturas acima de 60 graus, danificando irremediavelmente seus equipamentos.

Servidores de data center possuem uma aerodinâmica própria, em que ar frio é sugado pela frente, para resfriar o processador e outros componentes, que com isso esquenta e é expelido quente pela traseira.

Para organizar o fluxo de ar num data center, ar frio é jogado por debaixo do piso elevado na frente da fileira de racks, expelido pela fileira de trás, e retornando pelo teto até a unidade de ar condicionado para ser resfriado novamente. Isso gera uma distribuição alternada de corredor quente/corredor frio sendo esses corredores completamente separados por cortinas ou placas de isolamento:

Para o bem estar do planeta, e para diminuir os custos também, os data centers deparam-se frequentemente com o desafio de tornar mais eficiente o uso de energia não diretamente alocada aos servidores. O desenho de ar condicionado influi diretamente nisso, e uma das técnicas mais modernas chama-se “free cooling” – literalmente, resfriamento gratuito. Funciona da seguinte forma: um sensor detecta quando o ar externo está em até cerca de 22ºC com índice de umidade desejável, a partir daí o sistema automático capta o ar para dentro da sala de ar condicionado e faz uma mistura controlada como ar de retorno dos servidores.

O ar de retorno, que está entre 35°C e 40°C, é pré-resfriado naturalmente sem alto gasto energético e devolvido ao sistema para ser condicionado à temperatura desejável (dentro do data center) em torno de 21°C.

Data Centers são sujeitos, como qualquer outra atividade, a desastres, sendo incêndio um dos mais potencialmente danosos. Devido à alta corrente que circula, disjuntores controlam o fluxo para impedir curtos circuitos. Ainda assim, é sempre recomendável um sistema de detecção precoce (“early detection”) como o abaixo, que detecta pequenas partículas de fumaça ou gases provenientes do aquecimento de cabos com grande antecedência, permitindo intervenção antes que a situação se agrave.

Caso não haja ação para eliminar o foco de incêndio, como última defesa, alguns data centers possuem um sistema chamado FM200, capaz de extinguir completamente um evento de incêndio em menos de 10 segundos.

Como pudemos ver, o ambiente por trás da computação em nuvem é bastante concreto, parecendo até industrial, e com um tipo de tecnologia que vai muito além de sistemas operacionais, redes e software. Envolve termodinâmica, eletrotécnica, reações químicas contra incêndio, até engenharia estrutural para suportar o peso dos equipamentos sobre a laje. São muitas as áreas da engenharia que tornaram Cloud Computing uma realidade.

Obs: As fotos foram tiradas no Data Center da Locaweb.

Até a próxima!