Escala vertical versus horizontal: a comparação definitiva

Uma empresa ou organização em crescimento eventualmente precisará expandir suas operações. Quando isso acontece, há muitos fatores a serem considerados – mas não importa o que aconteça, o objetivo é escalar.

Para se manterem competitivas, as empresas devem continuar a reformular o seu hardware, software e toda a infraestrutura. Isso ajuda você a acomodar uma base crescente de clientes e atender às novas demandas de seus usuários.

Ambas as opções de dimensionamento do sistema – dimensionamento vertical e dimensionamento horizontal – permitem que as empresas melhorem seu desempenho, produtividade e eficiência. Mas qual opção de escalabilidade é melhor para sua organização?

Aqui, nos aprofundaremos nessas opções de dimensionamento do sistema, compartilhando as vantagens, desvantagens e um guia geral de comparação entre dimensionamento vertical (aumento de escala) e horizontal (aumento de escala).

Os princípios básicos do dimensionamento do sistema

Antes de nos aprofundarmos no que significa dimensionar verticalmente ou horizontalmente, vamos dar uma olhada no conceito holístico de dimensionar uma máquina existente.

O que é escalonamento do sistema?

O dimensionamento do sistema é essencialmente o processo de considerar um aumento na carga e no tráfego em uma infraestrutura existente e garantir uma expansão simples e descomplicada de recursos e desempenho.

É fundamental dar suporte eficiente à crescente demanda, especialmente com recursos de hardware limitados. Isto requer a instalação de mais ou melhores máquinas. Também envolve atualizações de software empresarial, que garantem melhor UX e agilidade e menos custos de manutenção.

Os dois tipos principais de dimensionamento

Existem dois tipos principais de escala: vertical e horizontal. Embora a escala vertical se refira ao conceito de “ampliação”, a escala horizontal significa “ampliação”.

Ao discutirmos as diferenças entre esses dois tipos de dimensionamento, você verá que a escolha entre esses tipos dependerá inteiramente de casos de uso e requisitos específicos. Então, vamos aprender mais sobre escala vertical e horizontal.

Mergulhando profundamente na escala vertical (ampliação)

Vejamos o dimensionamento vertical, suas principais características, vantagens e desvantagens com mais detalhes.

Definição e características principais

A escala vertical é essencialmente o processo de melhoria da infra-estrutura existente para atender ao aumento da procura. A expansão não exige que as empresas alterem seus aplicativos de software. Isso ocorre porque o mesmo aplicativo agora é executado em uma infraestrutura muito mais poderosa.

Em vez disso, o dimensionamento vertical envolve aumentar a memória, o armazenamento e a capacidade do servidor ou substituir um servidor desatualizado por um novo. Agora, vamos dar uma olhada nos benefícios e limitações do dimensionamento vertical.

Vantagens da escala vertical

Aqui estão os principais benefícios do dimensionamento vertical:

• Simplicidade de configuração

Com esse tipo de escalonamento, um único nó é responsável por cuidar de todo o processo. Como um nó gerencia todas as camadas dos serviços, o escalonamento vertical elimina a necessidade de sincronização e comunicação com outros servidores para funcionar. Além disso, a falta de complexidade torna mais fácil manter uma infraestrutura dimensionada verticalmente.

• Melhoria direta de desempenho

A expansão vem com melhoria direta de desempenho porque multi-core leva à escalabilidade. Como todos os dados são armazenados em uma única máquina, o escalonamento vertical diminui as chances de inconsistência de dados. Você pode multiplicar o poder de processamento instalando processadores e servidores de última geração.

• Não há necessidade de alterações de código em alguns casos

A escala vertical melhora o desempenho geral da infraestrutura sem a necessidade de adicionar mais unidades de processamento ou hardware. Isso também ocorre porque há alterações mínimas no código do serviço da web. Em outras palavras, estamos aumentando a capacidade do processador para fazer o mesmo código rodar com mais eficiência.

Desvantagens e Limitações

Ainda existem algumas limitações para o dimensionamento vertical, é claro. Eles incluem:

• Limites de hardware

Você pode fazer atualizações de processador para aumentar a capacidade computacional da infraestrutura. Porém, você só pode aumentar o poder de processamento até o limite do sistema operacional e as atualizações podem ser indefinidas. Você só pode instalar as atualizações mais recentes atendendo à RAM, armazenamento e limite de poder de processamento da máquina.

• Tempo de inatividade durante atualizações

Com o dimensionamento vertical, você executa todo o processo usando uma única máquina. Isso dificulta a atualização frequente do sistema, pois o processo de atualização acarreta um tempo de inatividade considerável. O tempo de inatividade pode ser reduzido com a instalação de um servidor de backup que possa lidar temporariamente com as operações e solicitações.

• Maior risco de um único ponto de falha

Como o escalonamento vertical executa todas as operações em um único servidor, você correrá o risco de um único ponto de falha. Em outras palavras, existe o risco de perda significativa de dados se o hardware ou software falhar.

Mergulhando profundamente na escala horizontal (escala horizontal)

Agora, vamos discutir detalhadamente o dimensionamento horizontal, suas principais características, vantagens e desvantagens.

Definição e características principais

A escala horizontal refere-se à ideia de “expansão”. É essencialmente o processo de multiplicar a infraestrutura disponível, aumentando o número de máquinas, servidores ou nós no pool de recursos, a fim de distribuir igualmente a carga de trabalho computacional. A expansão envolve estratégias como balanceamento de carga, clustering e distribuição de sistemas de arquivos.

Com esse tipo de escalonamento, você terá a oportunidade de aprimorar a simultaneidade de E/S e, ao mesmo tempo, reduzir a carga nos nós existentes.

Vantagens do dimensionamento horizontal

Esse tipo de dimensionamento tem muitas vantagens. Os principais benefícios incluem:

• Tolerância a falhas aprimorada

As operações executadas em escala horizontal versus vertical tendem a ser mais resilientes e confiáveis. Isso ocorre porque a adição de mais unidades computacionais à infraestrutura significa que o sistema não depende de um único nó. A expansão vem com tolerância a falhas aprimorada porque a operação é distribuída igualmente entre vários nós.

• Escalabilidade além dos limites de hardware

Lembre-se: o dimensionamento vertical não permite escalabilidade além da capacidade do sistema operacional. Com o escalonamento horizontal, você pode superar essa limitação adicionando mais unidades computacionais à infraestrutura. Em outras palavras, o dimensionamento se torna mais fácil à medida que adicionamos mais hardware ao pool de recursos atual. Você pode atualizar as unidades computacionais individuais, realizando ao mesmo tempo o máximo de escalonamento vertical.

• Distribuição de carga

É importante que este tipo de escalonamento facilite o balanceamento e a distribuição de carga para garantir um gerenciamento eficaz do tráfego para diferentes máquinas. A ideia é colocar uma carga igual em cada nó e conseguir uma distribuição de carga igual. A distribuição de carga aumenta a capacidade de atualização do sistema, pois o dimensionamento não resulta em tempo de inatividade, uma vez que não estamos mais limitados à capacidade de uma única unidade.

Desvantagens e Limitações

Tal como acontece com o dimensionamento vertical, existem algumas desvantagens neste tipo de dimensionamento:

• Complexidade na configuração e manutenção

É comum enfrentar complexidade na manutenção e configuração com escalabilidade horizontal. Isso ocorre porque você está adicionando mais unidades operacionais ou nós à infraestrutura. Além das atualizações de hardware, pode ser necessário adicionar recursos de software adicionais para balanceamento de carga e virtualização. Ao mesmo tempo, você precisaria garantir uma sincronização eficaz dos nós para facilitar a comunicação contínua.

• Possíveis problemas de consistência de dados

Como cada nó do sistema dimensionado horizontalmente atende a solicitações diferentes, o compartilhamento de dados e a comunicação geralmente ficam fora de sincronia. Isto resulta em inconsistência de dados, que deve ser resolvida imediatamente para garantir processamento e operação eficientes.

• Requisito para balanceamento de carga

Idealmente, o hardware adicionado terá igual capacidade computacional. Caso contrário, o escalonamento terá que facilitar um balanceador de carga para distribuir o tráfego entre todos os nós. Com o balanceamento de carga, você deve garantir que o sistema não fique inativo se um dos nós não funcionar.

Dimensionamento horizontal e vertical: uma comparação lado a lado

Aqui estão os três principais fatores que o ajudarão a decidir entre a escala horizontal e vertical:

Implicações de custos

O dimensionamento horizontal é mais caro do que o dimensionamento vertical porque envolve custos iniciais de hardware mais elevados e requer a rearquitetura de um sistema de software. As empresas com orçamentos limitados deveriam optar pelo escalonamento vertical porque um número cada vez maior de máquinas multi-core poderosas estão agora embaladas em uma única caixa. Em outras palavras, você pode obter desempenho e escalabilidade sem gastar muito.

Desempenho e Confiabilidade

O desempenho dependerá inteiramente da sua infraestrutura de software e dos requisitos específicos. Se você tiver um aplicativo simples para executar, o dimensionamento horizontal não seria a escolha ideal, pois executar o aplicativo em várias máquinas pode até degradar sua qualidade.

A simples atualização do hardware (escala vertical) poderia ajudar a atender à crescente demanda. No entanto, o escalonamento horizontal é mais confiável do que o escalonamento vertical porque envolve várias máquinas que podem compartilhar a carga de trabalho computacional.

Potencial de escalabilidade

A escalabilidade ou capacidade de atualização de longo prazo é um fator importante que diferencia a escala horizontal e vertical. O dimensionamento horizontal permite um processo de atualização contínua que, diferentemente do dimensionamento vertical, não exige a desativação de todo o sistema.

Casos de uso reais e exemplos do setor

Vamos discutir alguns casos de uso das duas opções de escalonamento para ajudá-lo a determinar qual é o modelo de escalonamento certo para o seu negócio.

Implementações bem-sucedidas de escala vertical

A escala vertical é uma boa opção para empresas mais novas porque elas ainda estão nas fases iniciais de construção de tráfego e de uma base de usuários. Isso também é útil para empresas que planejam menos atualizações.

A expansão é adequada se o aumento das capacidades da máquina resultar em uma atualização de desempenho econômica. Empresas como MySQL, Amazon RDS, SAP HANA VMware, Hyper-V, SAP ERP, Microsoft Dynamics e outras usam escalabilidade vertical.

Implementações bem-sucedidas de escalabilidade horizontal

O dimensionamento horizontal é a melhor escolha para empresas que desejam atualizar com rapidez e frequência, sem causar tempo de inatividade significativo. A expansão ajuda a reduzir pontos únicos de falha.

Mais importante ainda, o escalonamento horizontal é aconselhável para empresas que utilizam uma arquitetura de microsserviços e para aquelas que possuem recursos suficientes para adquirir e manter hardware e software adicionais.

Empresas como Amazon, Airbnb, Spotify, Netflix, Twitter, Cassandra, MongoDB, Google, Cloud Spanner e muitas outras usam escalabilidade horizontal.

Conclusão

As duas opções de escalabilidade diferem em termos de desempenho, custo, flexibilidade, confiabilidade, capacidade de atualização e outros fatores críticos. É importante que as empresas especifiquem seus requisitos de carga de trabalho computacional para tomar uma decisão sólida durante o dimensionamento.

Perguntas frequentes

O que significa dimensionar um sistema?

Dimensionar um sistema significa adicionar ou remover recursos de infraestrutura para garantir operações comerciais eficientes e atender a um aumento ou diminuição na demanda.

Quando uma empresa deve considerar o dimensionamento vertical?

A escala vertical é preferível quando o aumento da capacidade da máquina resulta em melhor desempenho. As empresas que acabaram de começar devem usar o escalonamento vertical, especialmente se quiserem oferecer poucas e espaçadas atualizações.

Como o escalonamento horizontal melhora a tolerância a falhas?

Como o escalonamento horizontal garante que mais de um servidor compartilhe a carga de trabalho computacional, uma falha em qualquer um dos servidores não resultará em tempo de inatividade porque outros estão prontos para backup.

Existem benefícios de custo para um método de escalonamento em relação ao outro?

O dimensionamento vertical é mais econômico do que o dimensionamento horizontal porque o dimensionamento envolve despesas iniciais de hardware, taxas de licenciamento e custos de serviços públicos mais elevados, além de exigir a rearquitetura do sistema de software.

Um sistema pode utilizar escala vertical e horizontal simultaneamente?

As empresas devem procurar transitar entre a escala horizontal e vertical. Isso permite que eles se beneficiem de ambos os paradigmas. Por exemplo, as equipes podem modificar seu conjunto existente de máquinas usando atualizações de memória, instalando vários RAMs em um sistema enquanto planejam aumentar a capacidade de cada um dos RAMs instalados.