Servidor

Anatomia de um Servidor: O que há dentro e diferenças do PC

Você só consegue acessar e ler esse post, por causa de um. Na verdade, essa é apenas uma de inúmeras situações das nossas vidas, que só são possíveis graças a um equipamento que pouca gente conhece algo a respeito, o servidor.

Mesmo quem já ouviu falar, raramente sabe o que há nele e que faz com que não possa ser visto como os computadores comuns que estamos acostumados a usar.

Se esse é o seu caso, no bate-papo de hoje vamos falar da sua importância, mas sobretudo, do que costuma haver dentro de um e que faz com que seja uma engrenagem essencial do funcionamento do mundo moderno.

Pronto para conhecer a anatomia de um servidor?

O que é servidor?

Um servidor é um computador que utiliza hardware e software especializados para entregar serviços específicos e constitui um elemento básico do modelo cliente-servidor.

O leigo no assunto pode estranhar e não compreender esse tipo de definição, mas ainda que pareça pouco esclarecedora, essa explicação contém as palavras-chave para compreender o que é:

Computador – todo servidor é também um computador;
Hardware – tal como o desktop ou notebook – ou PC (Personal Computer), se preferir – que usamos, o servidor tem um hardware cujas especificações técnicas são pensadas para usos particulares e, geralmente, também bastante diferentes do computador pessoal;
Software – da mesma forma que o hardware, os softwares instalados podem variar muito em comparação ao PC e dependem de qual uso se fará do equipamento;
Cliente-servidor – esse é um ponto-chave do conceito:
- No modelo cliente-servidor, o processamento é dividido em dois: a parte do cliente (computador que solicita acesso a um serviço ou dados) e do servidor (computador que atende à solicitação ou entrega os dados);
- O uso do serviço ou a troca de dados, pressupõe que o cliente e o servidor façam parte de ao menos uma rede de computadores para se comunicarem;
- Nessa arquitetura, o servidor é especializado em um ou mais serviços.

Ou seja, o servidor surgiu como elemento central de um modelo que se desenvolveu durante os anos 90, impulsionado pela popularização dos computadores pessoais (PCs) e das redes locais.

O modelo cliente-servidor foi idealizado para superar o paradigma dos mainframes (grandes computadores centrais) e dos problemas que pretendia resolver:

Gargalo de processamento – nos mainframes, todo o processamento ficava concentrado em uma única máquina, que facilmente se tornava um gargalo e exigia atualizações caras e constantes;
Custo e escalabilidade – o modelo permitiu distribuir a carga de trabalho. O servidor foca em gerenciar os dados, enquanto o cliente (o PC do usuário) usa sua própria capacidade para processar a interface e parte da lógica, reduzindo a necessidade de investir apenas em hardware central;
Compartilhamento de recursos – permitiu que múltiplos usuários acessassem e atualizassem os mesmos dados simultaneamente em uma rede, algo essencial para aplicações empresariais.

Em outras palavras, o modelo cliente-servidor imita situações ancestrais e que todos conhecem bem. Nos mais diversos prestadores de serviços, há sempre um funcionário especializado naquele segmento (o servidor), cujo papel é atender às solicitações feitas por cada consumidor (o cliente).

Por fim, vale mencionar que na prática é comum que um servidor também desempenhe o papel de cliente, muitas vezes sendo servido por outros servidores, como é o caso dos servidores de DNS recursivo, autoritativo e reverso.

A importância dos servidores

Ao explicarmos o modelo, as principais razões que justificam a importância dos servidores já devem ter ficado aparentes, certo? Mas há uma lista bastante extensa de fatores que precisam ser conhecidos para compreendermos bem as diferenças na “anatomia” de um servidor:

Redes corporativas – desde que as redes de computadores ganharam espaço nas empresas, os servidores já tinham papel central:
- Como meio para acessar os diferentes sistemas internos da empresa (CRM, SGV, ERP, etc), dispensando a necessidade de cada colaborador ter as aplicações instaladas localmente;
- Dar acesso a serviços diversos (network drive ou unidade de rede, servidor de impressão, etc), que é um dos motivos da sua criação;
- Efetuar e armazenar backups de dados;
- Configuração e gerenciamento da rede interna (LAN ou Local Area Network) da empresa.
Internet – não é exagero dizer que a Internet como a conhecemos não existiria se não fossem os servidores. Eles são os elementos centrais do funcionamento da rede mundial de computadores, hospedando todos tipos de sites, fornecendo serviços como e-mail ou streaming, integrando a infraestrutura de tudo que se baseia em nuvem (cloud computing), ou armazenando os imensos volumes de dados que permitem rodar os algoritmos das redes sociais. Difícil encontrar algo que funcionaria sem eles;
IoT – a Internet das Coisas (IoT ou Internet of Things), tal como a das pessoas, é basicamente apoiada em servidores que prestam inúmeros serviços;
Redes – as mais diferentes tecnologias associadas às redes, como proxy, VPN, CDN e DNS, para citar só algumas das mais populares, também são fundamentalmente dependentes dos servidores;
Inteligência artificial – os grandes modelos de inteligência artificial, seja no processo de aprendizado (machine learning) e treinamento, seja para funcionar online, só são possíveis por conta dos servidores.

O que há de comum nas situações acima e em todas as demais possibilidades nas quais esse equipamento é necessário, é que eles exigem:

Poder computacional – devem ser capazes de lidar com grandes volumes de dados, seja em termos de armazenamento e/ou de processamento;
Funcionamento contínuo – funcionam de forma ininterrupta, operando 24 horas por dia, 7 dias por semana, frequentemente durante meses ou até anos, sem que seja necessário desligá-los;
Disponibilidade – utilizam sistemas (softwares) e protocolos visando elevados níveis de segurança, estabilidade, confiabilidade e redundância, afinal, quase 100% das conveniências modernas se apoiam sobre eles;
Escalabilidade – podem “crescer” sem precisar recomeçar do zero. Um servidor escalável é aquele que consegue acompanhar o crescimento das demandas, sem exigir a troca completa de equipamento ou uma reestruturação radical da infraestrutura. Na prática, isso significa duas coisas:
- Escalar verticalmente (scale up) – aumentar os recursos da máquina existente (memória, processadores, discos);
- Escalar horizontalmente (scale out) – adicionar novos servidores ao conjunto, distribuindo a carga entre eles, algo comum em ambientes de nuvem;
Virtualização – os mais robustos permitem virtualização, resultando em "servidores virtuais" – os chamados VPSs – rodando dentro de um hardware físico de elevado poder computacional e que na prática, tem relação direta com a escalabilidade.

Agora que você sabe o que é e sua importância, ficará mais fácil compreender as possibilidades em termos de anatomia.

Anatomia do servidor

Externamente, os primeiros servidores se pareciam muito aos desktops que temos em casa ou no escritório, exceto pelos gabinetes maiores e com uma aparência mais cuidada.

O tamanho e o aspecto eram reflexo do que havia dentro, que muitas vezes significava mais discos, mais memória, placas-mãe também maiores para acomodar mais componentes, mais cabos, mais tudo. Por serem equipamentos mais caros, por vezes o fabricante caprichava também na aparência, para corresponder até visualmente ao valor pago.

Porém, de lá pra cá, muitas tecnologias novas e melhores surgiram e isso mudou a cara dos servidores. É possível encontrar servidores do tamanho de uma caixa de sapato ou até algum que caiba na palma da mão!

E não, não é exagero! Apesar de pensarmos que a maioria seja composta por muitos componentes de hardware de última geração, tecnicamente qualquer computador que tem com função servir serviços é classificável como servidor. Ou seja, se você montar uma nuvem pessoal / doméstica usando um Raspberry Pi, que cabe na palma da mão, você está usando um servidor!

Com isso em mente, podemos nos dedicar ao que provavelmente trouxe você até aqui, que são os equipamentos que são colocados em ambientes de data center, os quais costumam atender padrões e requisitos bem conhecidos.

1. Gabinete do servidor

Além dos componentes internos, o gabinete é dos itens de maior importância em um servidor moderno, especialmente se ele for destinado a um data center. Isso porque espaço dentro da infraestrutura de um data center é caríssimo e parte do que se paga, depende do tamanho do servidor.

Como há diversos fabricantes de gabinetes e servidores completos, a solução foi padronizar. O padrão mais comum, é o EIA de 19 polegadas, definido pela norma técnica EIA-310, uma especificação global que padroniza o tamanho de gabinetes, racks e equipamentos de TI, telecomunicações e áudio/vídeo.

Usando essa norma como parâmetro, é possível estipular o espaço que um servidor pode ocupar dentro de um rack, que é uma espécie de armário que recebe instalação de cabos de energia e dados, para conexão aos servidores e que é construído para acomodar vários equipamentos.

Embora cada gabinete tenha características meramente estéticas que os diferenciem, há uma série de outros aspectos que precisam estar em conformidade com o padrão:

Fixação – as dimensões corretas garantem que cada máquina seja fixada apropriadamente nos os pontos de fixação dentro do rack, já que um servidor é preso frontalmente por parafusos próprios. Alternativamente também pode ser afixado em suas laterais, parafusado em trilhos metálicos que fazem com que eles possam ser retirados do rack da mesma forma que se abre uma gaveta. Isso facilita caso seja necessário fazer manutenção no hardware;
Ocupação – medidas padronizadas possibilitam que servidores diversos sejam acomodados de forma a aproveitar otimamente o espaço disponível em cada rack;
Refrigeração – as dimensões também garantem que exista uma boa circulação de ar e refrigeração entre cada máquina, já que um servidor costuma gerar bastante calor quando em desempenho máximo;
Unidades – as medidas estabelecidas de acordo com o padrão, correspondem ao que é chamado de “U” e que vem de unity ou unidade em inglês. Assim, um servidor de “1U”, pode ter no máximo 43,4 cm de largura, 4,28 cm de altura e 65,8 cm de profundidade, embora a profundidade possa ser menor;
Aluguel – em regimes de colocation, que é quando um espaço no rack do data center é alugado, cada “U” ocupado serve para calcular o valor pago por esse aluguel;
Conectividade e alimentação – os padrões estabelecem a disposição das conexões para dados e alimentação no painel traseiro, as conexões USB, gavetas de HDDs e displays no painel frontal. Graças a esta padronização, um rack padrão em um datacenter, tem capacidade de abrigar até 42 servidores de 1U.

Um servidor pode também ter o dobro da altura e neste caso, é chamado de servidor 2U, pois tem duas vezes a altura de 1U. Há ainda servidores de 3U e 4U e até maiores, mas que abrigam mais componentes, como por exemplo, um servidor storage, que é um tipo de servidor para armazenamento de grandes volumes de dados.

2. Placa-mãe do servidor

O papel da placa-mãe em um servidor é semelhante ao que ela desempenha em um computador doméstico, ou seja, conectar e permitir a comunicação entre todos os componentes de hardware. É nela que processadores, memórias, unidades de armazenamento, placas de rede e demais dispositivos são conectados.

A diferença é que uma placa-mãe de servidor é projetada para suportar muito mais recursos. Enquanto um computador pessoal normalmente possui apenas um processador e poucos slots de expansão, um servidor pode conter dois ou mais processadores, dezenas de módulos de memória e diversas placas adicionais.

Outra característica importante é a confiabilidade. Como os servidores costumam funcionar continuamente, muitas placas-mãe incluem recursos avançados de monitoramento que permitem acompanhar as temperaturas, consumo de energia, velocidade das ventoinhas e o estado dos principais componentes.

Além disso, é comum que elas possuam sistemas de gerenciamento remoto dedicadas (muitas vezes chamadas comercialmente de IPMI, iLO ou iDRAC). Isso permite que um administrador realize diagnósticos, alterações nas configurações e até reinicializações sem precisar estar fisicamente diante do equipamento, algo fundamental quando o servidor está instalado em um data center localizado em outra cidade ou até em outro país.

3. Memórias

A memória RAM é responsável por armazenar temporariamente os dados e instruções que estão sendo utilizados pelo processador naquele momento. Quanto mais informações precisarem ser processadas simultaneamente, maior tende a ser a necessidade de memória.

Em um computador doméstico, 16 gigabytes costumam ser suficientes para a maioria das tarefas. Já em servidores, dependendo da sua finalidade, a quantidade pode facilmente chegar a centenas de gigabytes ou até chegar aos terabytes.

Isso ocorre porque um único servidor pode atender milhares de usuários simultaneamente, hospedar dezenas de sites, executar diversas máquinas virtuais ou manter enormes bancos de dados em funcionamento.

Outro diferencial importante é o uso de memórias ECC (Error Correction Code). Esse tipo de memória possui mecanismos capazes de detectar e corrigir automaticamente determinados erros que podem ocorrer durante a operação. Embora essas falhas sejam raras, em um equipamento que funciona ininterruptamente durante anos, mesmo um pequeno erro pode resultar em travamentos, corrupção de dados ou interrupção de serviços.

Por essa razão, estabilidade e confiabilidade costumam ser tão importantes em servidores, quanto a busca por processamento bruto.

4. Processadores

O processador é o componente responsável por executar os cálculos e instruções que permitem ao servidor realizar seu trabalho. Em outras palavras, é o "cérebro" da máquina.

Enquanto computadores comuns costumam atender um único usuário por vez, servidores normalmente precisam lidar com milhares de solicitações simultâneas. Isso faz com que a capacidade de processamento seja um dos aspectos mais importantes da infraestrutura.

Os servidores modernos podem utilizar diferentes tipos de processadores, dependendo da aplicação:

CPUs (Central Processing Units) – as CPUs são os processadores mais comuns e que diferem dos chips “domésticos” por priorizar fluxos massivos de dados simultâneos, podendo ultrapassar os 100 núcleos por chip para processar tarefas massivas simultâneas;
GPUs (Graphics Processing Units) – originalmente desenvolvidas para processamento gráfico, as GPUs vêm se mostrando extremamente poderosas em atividades que exigem cálculos paralelos massivos, como inteligência artificial, aprendizado de máquina e análise de grandes volumes de dados;
NPUs (Neural Processing Units) – as NPUs são processadores especializados em operações relacionadas à inteligência artificial. Embora ainda sejam menos comuns em servidores do que CPUs e GPUs, estão ganhando espaço conforme aplicações baseadas em IA se tornam cada vez mais comuns.

Em ambientes corporativos específicos ou serviços de nuvem, é comum encontrar servidores que combinam mais de um tipo de processador para obter o melhor desempenho em diferentes tipos de tarefa.

5. Armazenamento

Os dispositivos de armazenamento são responsáveis por preservar os dados de forma permanente. É nesse hardware que ficam armazenados o sistema operacional, os bancos de dados, as aplicações, os arquivos de usuários, backups e todo tipo de informação necessária ao funcionamento dos serviços.

Ao longo dos anos, os tradicionais discos rígidos (HDDs) deram espaço aos SSDs, que oferecem velocidades muito superiores de leitura e gravação. Em muitos casos, é possível ter os dois tipos de dispositivo, pois a depender do uso, os discos rígidos (HDDs) ainda podem ser uma boa escolha.

Em servidores, é prática comum que as unidades de armazenamento estejam sob arranjos RAID. Simplificando bastante, trata-se de uma tecnologia que combina múltiplos discos para aumentar desempenho, capacidade de armazenamento ou tolerância a falhas.

Assim, caso uma unidade apresente problemas, os dados podem continuar disponíveis por meio das demais, reduzindo significativamente o risco de interrupções.

Outro diferencial é que muitos servidores possuem gavetas hot swap, que permitem substituir discos defeituosos sem necessidade de desligar o equipamento. Em ambientes onde cada minuto de indisponibilidade gera prejuízos, essa característica é extremamente valiosa.

6. Rede

Como a principal função de um servidor é atender solicitações de outros equipamentos, a conectividade com outros equipamentos é tão importante quanto processadores, memórias ou unidades de armazenamento.

É por meio das interfaces de rede que dados entram e saem do servidor, permitindo acesso a sites, sistemas corporativos, bancos de dados, arquivos compartilhados e qualquer outro serviço disponibilizado pela máquina.

Enquanto computadores pessoais normalmente utilizam uma única conexão de rede, servidores frequentemente possuem várias interfaces trabalhando simultaneamente.

Isso pode ocorrer por diferentes razões:

Aumentar a largura de banda disponível;
Separar diferentes tipos de tráfego;
Dispor de caminhos alternativos de comunicação;
Garantir redundância em caso de falha de algum equipamento de rede.

Em data centers modernos, conexões de 10 Gbps, 25 Gbps, 40 Gbps ou velocidades ainda superiores, são cada vez mais comuns, permitindo o tráfego de enormes volumes de dados em poucos segundos.

7. Refrigeração

Este é outro ponto crítico em um servidor. Processadores típicos de servidores podem operar a temperaturas próximas dos 100°C, portanto, não é difícil imaginar o quanto a temperatura interna pode aumentar em um equipamento multiprocessado trabalhando sob carga intensa.

Por isso, sistemas de refrigeração eficientes são indispensáveis. Ao contrário de muitos computadores domésticos, onde o silêncio costuma ser valorizado, em servidores a prioridade é a remoção rápida e eficiente do calor gerado pelos componentes.

É justamente por essa razão que salas de servidores e data centers costumam apresentar um ruído bastante elevado, resultado do funcionamento contínuo das ventoinhas responsáveis por movimentar grandes volumes de ar.

O projeto do gabinete, o posicionamento dos componentes e até a organização dos corredores dos racks são pensados para otimizar o fluxo de ar e impedir o superaquecimento.

Em ambientes de grande porte, sistemas de climatização dedicados trabalham em conjunto com a refrigeração dos servidores para manter temperaturas adequadas durante 24 horas por dia.

8. Fonte de alimentação

Este também é um item que merece atenção especial. Afinal, de nada adianta investir em processadores poderosos, grandes quantidades de memória ou sistemas avançados de armazenamento se não houver energia disponível para manter tudo funcionando.

Em relação a um desktop, uma fonte de servidor diferencia-se por diversos aspectos técnicos e de arquitetura.

O primeiro deles é a redundância. Em vez de contar com apenas uma fonte, muitos servidores possuem duas ou mais unidades trabalhando em conjunto, sob um sistema de monitoramento permanente do fornecimento de energia e, caso uma delas apresente falha, outra assume imediatamente sua função. Na prática, isso significa que o equipamento continua operando normalmente mesmo diante de defeitos em um dos módulos;
Geralmente servidores têm muito mais componentes (ex: mais discos e mais fans) que precisam de alimentação, exigindo uma grande quantidade e variedade de cabos em relação a um fonte de desktop. Isso também implica que a fonte deve ter uma potência substancialmente maior e não é raro que ela chegue a quatro vezes mais que um desktop doméstico;
Outro aspecto importante é a eficiência energética. Assim, uma fonte com 96% de eficiência, tem uma perda de “apenas” 4% dos kWh que são consumidos em sua entrada, lembrando que a quantidade de energia fornecida em um rack inteiro, é muito grande e assim o nível de eficiência tem importância considerável, resultando em uma economia significativa ao longo do tempo;
As fontes também geram calor durante seu funcionamento. Por esse motivo, geralmente possuem sistemas próprios de ventilação independentes dos demais componentes do servidor, contribuindo para a estabilidade térmica do equipamento como um todo.

Portanto, se você achava que um servidor é apenas um computador mais potente, agora sabe que cada componente foi projetado para atender requisitos que raramente fazem parte da realidade de um computador pessoal, como funcionamento ininterrupto, alta disponibilidade, segurança, escalabilidade, redundância e capacidade de atender simultaneamente milhares ou até milhões de solicitações.

É justamente essa combinação de desempenho, confiabilidade e especialização que transforma os servidores em um dos pilares da infraestrutura digital moderna e das tecnologias que utilizamos todos os dias.

Conclusão

Entender a anatomia de um servidor mostra por que ele vai muito além de um PC comum. De componentes redundantes ao design para gabinetes em rack, cada detalhe é projetado para garantir funcionamento 24/7, alta disponibilidade e segurança. É essa engenharia especializada que sustenta sites, redes corporativas e as tecnologias digitais que movem o nosso dia a dia.