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Recentemente tenho visto alguns assuntos sobre cloud, BD's, etc. Em alguns desses assuntos vejo bastante o termo escalonamento. Diante desse tema tenho as seguintes dúvidas:

  • Qual a diferença entre escalonamento vertical e horizontal?
  • Existem outros tipos de escalonamento?
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Scaling up

O escalonamento vertical é botar mais capacidade de memória (principal e/ou de massa) e processamento. Ou seja, é comprar um hardware mais poderoso para dar conta do recado.

Em alguns casos basta criar mais processos/threads que está fazendo o scaling up, desde que o hardware já suporte esse aumento. Há casos que separar o banco de dados em vários dispositivos de armazenamento já seja uma escala vertical, novamente é escalar na mesma máquina.

O investimento é basicamente em hardware. Comprando mais processador. memória e armazenamento já tem uma capacidade aumentada.

Em alguns casos é mais questão de fazer uma simples configuração para alcançar o que o hardware único já suporta.

Também pode ser otimizar a aplicação para que ela desempenhe melhor e atenda mais do que fazia antes.

Scaling out

O escalonamento horizontal é colocar mais computadores para dar conta do recado. Claro que eles adicionam mais capacidade de processamento e memória também, na soma total.

É muito mais complexo fazer um escalonamento horizontal tanto do ponto de vista de gerenciamento quanto do ponto de vista de programação, ainda que existam ferramentas para facilitar. Não é só colocar os computadores, eles precisam "se falar" de forma consistente e adequada. Na verdade isso é considerado o problemas mais difícil de resolver na computação.

Por incrível que pareça pode ser mais barato que o vertical, pelo menos no custo da aquisição da infraestrutura já que é possível adquirir hardware mais simples e mais comum que costuma ser mais barato pela escala de produção. Claro que o custo de gerenciamento e desenvolvimento pode mudar o custo total.

Fora os casos que o vertical não comportaria a necessidade, afinal essa estratégia tem um limite que em tese o horizontal não tem, o horizontal tem a vantagem de ser mais tolerante a falhas, ou pelo menos ser mais fácil ter a operação de volta em caso de alguma falha.

Diferenças

Qualquer banco de dados minimamente estruturado pode fazer os dois tipos de escalonamento. O vertical não precisa nenhuma propriedade específica a não ser no caso de separar dados em vários dispositivos de armazenamento ou permitir várias linhas de processamento, por isso não é simples fazer em certas modelagens. O horizontal precisa de mecanismos que permitam e, se possível, facilitem o escalonamento horizontal. Não importa se ele é do tipo não relacional ou não, se usa SQL ou não.

Desconheço outros tipos, nem sei se é possível ter. Existem variações dessas formas, principalmente no horizontal existem muitas estratégias e técnicas. Também pode fazer um escalonamento híbrido.

São raras as aplicações que precisam de escala horizontal. Pelo menos no sentido de escala mesmo. Pode ser útil fazê-lo pela confiabilidade maior de ter mais de um nó atendendo as requisições, mas não que precise de mais recursos. O grosso da necessidade vem de aplicações web de alta demanda ou processamentos muito específicos.

Pode não parecer a mesma coisa mas tem uma pergunta que está relacionada, mostrando que escalar qualquer coisa horizontalmente pode parecer a solução, mas nem sempre resolve ou compensa a dificuldade que é inerente dela.

Coloquei no GitHub para referência futura.

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  • Valeu pela explicação clara @bigown Commented 20/10/2016 às 13:33
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Escalonamento Horizontal você adiciona mais máquinas em seu pool de recursos enquanto escalonamento Vertical significa que você adiciona mais poder (CPU, RAM) para uma máquina existente.

Em um banco de dados Horizontal é muitas vezes baseada no particionamento dos dados, ou seja, cada nó contém apenas parte dos dados.

No banco de dados Vertical os dados residem em um único nó e o dimensionamento é feito através de multi-core, ou seja, espalha a carga entre o CPU e a memória RAM.

No escalonamento horizontal muitas vezes é mais fácil de redimensionar dinamicamente adicionando mais máquinas, já na Vertical é muitas vezes limitada à capacidade de uma única máquina escalonar,além de que a capacidade muitas vezes envolve o tempo de inatividade e vem com um limite superior.

Exemplo escalonamento horizontal: Cassandra, MongoDB..

Exemplo escalonamento vertical MySQL - Amazon RDS (A versão nuvem de MySQL). Ele fornece uma maneira fácil de escalar verticalmente, passando de pequenos para máquinas maiores. Este processo envolve muitas vezes o tempo de inatividade.

In-Memory Dados Grids como GigaSpaces XAP , Coerência etc .. são frequentemente otimizado tanto para escalonamento horizontal e vertical, simplesmente porque não é obrigado a disco. Horizontal através de particionamento e vertical através de apoio multi-core.

FONTE

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Só para contextualização, o que gera a necessidade de fazer algum tipo de escalonamento é que o crescimento do acesso à internet fez com que as grandes redes sociais, sistemas de buscas, entre outros, recebessem uma grande quantidade de dados. Devido a esse crescimento, uma grande quantidade de dados é gerada e esses dados são valiosos, visto que são utilizados como fonte de informação para tomada de decisões estratégicas e mineração de dados.

No escalonamento horizontal, vários computadores ou máquinas virtuais rodam o mesmo aplicativo e a carga de usuários é distribuída entre eles. Deste modo, em caso de atualizações, não é necessário deixar todo o sistema fora do ar, mas apenas uma máquina por vez. Já no escalonamento vertical, ao invés de designar múltiplas máquinas para essa função, uma única máquina é utilizada e, quando preciso, investe-se em seu melhoramento, por exemplo, investir em um HD com maior capacidade ou um processador e uma conexão mais rápida para suportar o alto número de acessos simultâneos. Isso acontece devido à natureza centralizada dos bancos relacionais, o que torna necessário que eles estejam em uma única máquina. O problema desse tipo de escalonamento é a relação custo-benefício, pois me percebendo um bom desempenho no início, o investimento em hardware gera pouca melhora de performance do sistema. Para amenizar esses problemas existem algumas técnicas que possibilitam estender/prolongar o uso de bancos de dados relacionais, como sharding, desnormalização e cache distribuído. Porém, essas técnicas apenas tentam compensar as limitações destes bancos com escalonamento horizontal.

Referência:

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