Implementação de sistema distribuído de virtualização com Proxmox VE e armazenamento Ceph.

Abstract

A demanda crescente por sistemas computacionais escaláveis e resilientes impulsionou o uso de Infraestruturas Hiperconvergentes (HCI) baseadas nas ferramentas Proxmox e Ceph. No entanto, a camada de abstração criada pelos hipervisores gera o que se denomina “Dilema do I/O”, cenário em que o isolamento seguro do hardware entra em conflito direto com a necessidade de alcançar o máximo de performance bruta. Para investigar esse problema, este trabalho apresenta a implementação prática e a auditoria técnica de um cluster HCI, com foco em analisar como as diferentes camadas de virtualização impactam o throughput, a latência de cauda (tail latency) e o custo computacional dentro do caminho de I/O. A metodologia utilizou testes empíricos para comparar três ambientes distintos: servidores físicos sem virtualização (bare metal), contêineres isolados (LXC) e máquinas virtuais completas (KVM). Para extrair as métricas, foram aplicadas as ferramentas de estresse FIO, rados bench e sysbench em diferentes cenários de rede, variando a capacidade de 100 Mbps até 10 Gbps. Os resultados mostraram um gargalo claro nas redes de 10 Gbps: nessa alta velocidade, a virtualização KVM sofreu uma queda de desempenho de 98,98% quando comparada ao ambiente bare metal, com a máquina virtual estagnada em 415 IOPS enquanto o limite físico nominal alcançou 40.800 IOPS. A pesquisa revelou que a causa real desse gargalo não é uma limitação física da rede, mas sim a exaustão do processador, sobrecarregado pela grande quantidade de interrupções lógicas (VMExits e Interrupt Storms) processadas pelo framework VirtIO. Por outro lado, os contêineres LXC apresentaram uma eficiência muito superior: ao usar o módulo nativo do sistema operacional (krbd), o LXC conseguiu entregar um desempenho quase idêntico ao do servidor físico puro. Além da performance, a pesquisa avaliou a resiliência da arquitetura através de simulações de falha, confirmando que o algoritmo CRUSH é robusto e consegue manter o sistema disponível mesmo quando um servidor é desligado abruptamente, embora com aumento temporário na latência durante o processo automático de recuperação de dados (backfill). Com base nesses dados, o estudo entrega um veredito arquitetural claro: para aplicações que exigem leitura e escrita intensivas (I/O-bound) em redes de alta velocidade, recomenda-se fortemente o uso de contêineres LXC, garantindo a máxima eficiência do sistema e evitando gastos desnecessários com a expansão da infraestrutura física.