Jaki HDD dla QNAP?

Ten post ma za zadanie szczegółowo przedstawić różnice między różnymi rodzajami dysków twardych (HDD) oraz technologiami w jakie są one wyposażone i wytłumaczyć co powinno być brane pod uwagę przy wyborze dysku twardego do pamięci masowej. Przyznajemy, że ten wpis nie należy do najkrótszych, ale zawiera on naprawdę wartościowe informacje, które należy wziąć po uwagę przy doborze dysku twardego.

Spis treści

Gdzie jest problem ?

Oto najczęściej zadawane pytania przez osoby, które kupiły serwera NAS

Jaki dysk powinienem kupić do serwera plików?
Jaka jest różnica między dyskami twardymi?
Czy jakaś marka jest lepsza od innych?

Biorąc pod uwagę te pytania i wiele innych, które są zadawane odnośnie dysków twardych stworzyliśmy ten wpis, w którym znajdziesz na nie odpowiedzi. Na samym końcu postaramy się zasugerować jaki dysk twardy powinien zostać zastosowany do jakich celów – aplikacji.

Atrybuty dysków twardych

Jaki wpływ ma prędkość obrotowa talerzy dysku twardego na jego wydajność?

To jedno z często zadawanych pytań, na które odpowiedź nie jest jednoznaczna. To dlatego, że ilość obrotów ma głównie wpływ na to jak szybko zostanie odnaleziony prawidłowy sektor. Na potrzeby tego pytania zakładamy, że jak tylko sektor zostanie odnaleziony to prędkość odczytu/zapisu danych pozostanie w obu przypadkach na tym samym poziomie.

Aby zaspokoić ciekawość o różnicy wydajności między dyskami z energooszczędnymi, a normalnymi przeprowadziłem test między dyskami WD10EACS, a WD1002FBYS. Wynik testu pokazał różnicę w wydajności na poziomie mniejszym niż 3% co przy przełożeniu na jednostki przepustowości daje nam różnicę tylko 3MB/Sec. Chociaż jest to zauważalna różnica to jednak nie jest na tyle duża, aby była odczuwalna w codziennej pracy na takich systemach jak serwery NAS, gdzie rzadko wykorzystywane są maksymalne osiągi dysków twardych.
Dyski twarde z prędkością obrotową 7200rpm mają lepsze osiągi niż energooszczędne, ponieważ wydajność IOPS jest lepsza. Większa ilość obrotów (RPM) powoduje, że dysk ma mniejszy czas reakcji znalezienia sektora tzw. “seek time”.
- Zakładając, że ilość obrotów w WD10EACS jest na poziomie 5400rpm to z wyliczeń matematycznych wychodzi, że ma on 60 IOPS, gdzie WD1002FBYS ma 80 IOPS. Reasumując większa prędkość obrotowa ma wpływ na ilość IOPS, które są przydatne dla aplikacji bazodanowych (tj. MySQL) lub dla Virtual Storage Applications (jak iSCSI czy NFS), ponieważ bardziej potrzebują one IOPS niż przepustowości.

Czy dyski energooszczędne są tego warte?

W tym celu porównaliśmy dwa modele przeznaczone do pracy w komputerach stacjonarnych WD10EALX (7200rpm) i WD10EARS ze zmienną prędkością. Zakładam, że dysk w firmie wykonuje operacje odczytu/zapisu w sumie przez dwie godziny dziennie, a pozostałe sześć jest w stanie bezczynności.
- Podczas pracy dysk z serii Green oszczędza 1.5 W. Podczas gdy jest w spoczynku oszczędza 2.8 W.
- Przy 8 godzinach pracy dziennie, 5 dni w tygodniu, 52 tygodnie w roku, oszczędzamy 5.1 kWh rocznie. Przy założeniu, że kosztuje to 0.55 PLN/kWh, to w porównaniu do dysku normalnego dysk WD10EARS oszczędza 2,8 PLN rocznie.
Do porównania dysków z serii enterprise przeznaczonych do ciągłej pracy w serwerach wybraliśmy HUA5C3030ALA640 oraz HUA723030ALA640, gdzie model HUA5C3030ALA640 oszczędza 5.1 W.
- Zakładamy 24 godziny pracy, 7 dni w tygodniu, 52 tygodnie w roku – ilość zaoszczędzonej energii to 44.5kWh rocznie. 44.5kWh daje nam 24,475 PLN oszczędności rocznie.
- Jeżeli dla porównania do Hitachi użyjemy tych samych założeń co powyżej dla WD to rocznie zaoszczędzimy 6.3kWh co nam da 3,46 PLN.
Oznacza to, że faktycznie dyski energooszczędne zużywają mniej energii. Jednak decyzja należy do administratora serwera co jest ważniejsze: wolniejsze przetwarzanie danych przez serwer, czy obniżenie całkowitego kosztu eksploatacji.
- Oprócz bezpośrednich oszczędności na energii dyski energooszczędne mają jeszcze wpływ pośredni na chłodzenie. Ponieważ te modele mniej się grzeją przez co nie wymagają tak wydajnego chłodzenia jak normalne dyski, co ostatecznie obniża koszty operacyjne w perspektywie długoterminowej.
- Informacje te warto brać pod uwagę tylko w przypadku dużych systemów gdzie duża ilość dysków pracuje 24/7. Wtedy oszczędność wynikająca z zastosowania dysków z serii Green jest wyraźna i w ten sposób można szybko obniżyć całkowite koszty eksploatacji systemu. Przy małych rozwiązaniach gdzie pracuje raptem kilka dysków i czas pracy nie jest 24/7 korzyści są znacznie mniejsze.

Czy potrzebuję SATA 6 Gbit/s żeby mieć lepszą wydajność?

Często zadawanym pytaniem jest to czy dyski z interfejsem SATA 6 Gbit/s mają lepsze osiągi niż te ze złączem SATA 3 Gbit/s, teoria mówi, że SATA 6 Gbit/s powinien być szybszy, jednak praktyka pokazuje, że tak nie jest. Przyczyną są ograniczone osiągi dysków mechanicznych, które ledwo osiągają pasmo jakie oferuje SATA 3 Gbit/s, co oznacza, że interfejs 6 Gbit/s nic nie zmienia i na chwilę obecną zastosowanie go w dyskach twardych to zwykły chwyt marketingowy. SATA II 3 Gbit/s ma pasmo 3,000 Mbps, po dodaniu nagłówka kodowania 8b/10b, umożliwia nam przesyłanie danych z prędkością 2,400 Mbps, co po przeliczeniu daje 300 MB/sec! Jak widać na testach przeprowadzonych przez THG najszybszy dysk ledwo osiąga 210 MB/sec i to w środowisku laboratoryjnym gdzie robi się wszystko, aby osiągi były jak najlepsze. Na dzień dzisiejszy nie ma mechanicznego dysku, który byłby wstanie zbliżyć się do bariery 300 MB/sec.
Na chwilę obecną interfejs SATA 6 Gbit/s ma sens tylko przy dyskach SSD, bo to jedyna technologia, która jest w stanie wykorzystać zalety jakie niesie interfejs SATA 6 Gbit/s.
Interfejs SATA 6 Gbit/s jest wstecznie kompatybilny z technologią SATA 3 Gbits/s, co za tym idzie dysk z interfejsem SATA 6 Gbit/s podłączony do slotu SATA 3 Gbit/s będzie pracował jako dysk SATA 3 Gbit/s.
Zasadniczo, na dzień dzisiejszy biorąc pod uwagę zastosowanie ogólne dysków twardych z interfejsem SATA tj. do przechowywania danych, możemy powiedzieć, że z całą pewnością są wystarczająco szybkie dla dzisiejszych aplikacji. Próbując zastosować wszędzie dla zasady dyski tylko z interfejsem SATA 6 Gbit/s, wiedząc, że żaden mechaniczny dysk nie jest w stanie go wykorzystać w rzeczywistości jest po prostu stratą pieniędzy i zasobów.

Czy potrzebuję dysk z NCQ ?

TCQ lub Tag Command Queuing, umożliwia systemom operacyjnym wysłanie kilku zapytań do dysku twardego, a dysk twardy po ich otrzymaniu potrafi je posortować i przetworzyć. Przed TCQ – system operacyjny musiał sam sortować zapytania i pojedynczo przesyłał je do dysku twardego, co miało wpływ na wydajność pracy systemu. Technologia NCQ jest bardziej wydajniejsza przy obsłudze masowych zapytań przesyłanych do dysku twardego.
NCQ lub Native Command Queuing, pozwala na wysyłanie ciągiem masowych zapytań, HDD wewnętrznie optymalizuje osiągi odczytu/zapisu, aby móc otrzymać wszystkie polecenia, w tym celu minimalizuje czas wyszukiwania lub opóźnienie obrotowe talerzy. Wykorzystanie NCQ jest korzystne w środowiskach, gdzie występują liczne transakcje jednocześnie, tak jak w Virtual Storage lub środowisku bazodanowym. Obecnie większość dysków obsługuje NCQ, a dyski sieciowe QNAP potrafią wykorzystać zalety tej technologii.

Czy dyski SSD są lepszym wyborem od dysków twardych?

Według mojej opinii dyski SSD wcale nie są lepszą opcją. W dyskach HDD Terabajt kosztuje około 300 PLN natomiast w dyskach SSD ten sam Terabajt dostaniesz za 3000 PLN. Należy dodać, że dyski SSD jak ich bracia HDD też mają problemy z prawidłowo działającym oprogramowaniem.
Na rynku korporacyjnym dyski SSD bardziej nadają się do buforowania danych lub do zapewnienia szybkiego dostępu do danych. Nie zaleca się stosowania dysków SSD w środowisku gdzie obserwuje się ciągłe wysokie zapotrzebowanie na IOPS, ponieważ po ustalonej ilości zapisów NAND Flash dysku SSD ulegnie uszkodzeniu. Dyski twarde nie mają ograniczeń jak dyski SSD, mówiących o tym jak często można zapisać dane w danym sektorze, ale należy przyznać, że dyski twarde nadal mają problemy mechaniczne co ma wpływ na utratę danych. Typowym problemem w dyskach SSD są błędy oprogramowania, które są częstym problemem powodującym utratę danych. Obie technologie muszą być stosowane właściwie w środowiskach przechowywania danych i należy umieć czerpać największy potencjał z obu.

Jaka jest różnica między dyskami twardymi (HDD) klasy Enterprise (ECD) i Desktop (DCD)?

Kolejne często zadawane pytanie “Jaka jest różnica między dyskami twardymi między DCD i ECD oraz gdzie zastosowanie ECD przyniesie większe korzyści?” Po przeczytaniu różnych dokumentów z danymi technicznymi wybrałem te, które moim zdaniem najlepiej pokazują różnicę między nimi i opisałem je poniżej.

Konstrukcja mocowania wału obrotowego jest różna w ECD i DCD

W ECD wał obrotowy jest mocowany na górnej i dolnej części obudowy dysku, stabilizuje to wał podczas wirowania przy wysokich obrotach (RPM). Ta metoda jest stosowana w Western Digital StableTrac i w Seagate TCA. Przy takim montażu patrząc z boku talerze wydają się być idealnie poziomo. Tak umocowany wał utrzymuje talerze stabilnie w jednym położeniu co pozwala na stałe i wydajne osiągi przy zapisie/odczycie danych z talerzy przez głowicę elektromagnetyczną. W porównaniu do DCD ponieważ wał jest zabezpieczony po obu stronach, dysk nie musi tracić czasu na ponowne przeliczanie względnej pozycji talerzy i obrotów do ponownej próby odczytania/zapisania danych. Talerze twarde w dyskach twardych bez tej technologii mogą się chwiać podobnie jak „dziecięcy bąk”, co zazwyczaj powoduje obniżenie wydajności.

Różnica w niezawodności między ECD i DCD

Czas działania (POH)
- Dyski ECD, są tak zaprojektowane, aby mogły bez problemu pracować 24 godziny na dobę siedem dni w tygodniu co rocznie daje nam 8760 godzin. ECD często są wykonywane w bardzo zaawansowanej technologii i wyposażane w wysokiej jakości części, co pozwala im działać bez wyłączania przez długi okres czasu .
- Dyski DCD, z założenia nie mają pracować 24 godziny na dobę – Seagate w dokumentacji pisze, że parametr POH dla jednego z jego dysku DCD wynosi 2400 godzin rocznie. Zakładam, że inne dyski tej klasy mają podobną tolerancję – nie dotyczy to tylko dysku Hitachi 7K4000 Deskstar którego parametr POH jest na poziomie Ultrastar.
- Przekroczenie tego poziomu powoduje znaczne zużywanie się dysku twardego i może doprowadzić do jego awarii.

Współczynnik AFR (Annualized Failure Rate )/ Średni czas między awariami (MTBF)
- AFR i MTBF to statystyki powiązane między sobą– bardziej z AFR jest związane MTBF. Liczby te są używane przez producentów, aby stwierdzić niezawodność dysku twardego, mniejszy AFR mówi nam, że jest mniejsza szansa na awarię. Przeważnie dyski ECD mają parametr AFR znacznie niższy niż dyski DCD. Należy mieć na uwadze, że nie ma producenta, który zagwarantuje nam, że parametr AFR będzie równy zeru. Poniżej wyniki badań Google przeprowadzone na dyskach twardych w 2007 roku.
  - Podczas przeprowadzonych badań odkryli, że parametr AFR w pierwszym roku wynosi 1.7%, a dla dysków starszych niż trzy lata wynosi już 8.6%. Przypomina mi to stare powiedzenie: “Istnieją dwa typy właścicieli dysków, ci którzy doświadczyli już awarii dysku i ci, którzy jej oczekują” Ja jestem członkiem pierwszej grupy.
- ECD produkowane są z najwyższej jakości wewnętrznych komponentów i w porównaniu z DCD mają mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia awarii. Jednakże, nie czyni to dysków ECD odporny na uszkodzenia.

Różnica w naprawianiu uszkodzonych sektorów w dyskach twardych ECD i DCD

Często dodatkowo dyski ECD są wyposażane przez producenta w technologię, która jest wykorzystywana w środowiskach RAID: przez co te dyski są w stanie szybciej naprawić uszkodzony sektor – dzięki czemu komunikacja dysku z hosta z szyną HBA nie zostaje przerwana. Najbardziej znaną technologią jest rozwiązanie firmy Western Digital Time-Limited Error Recovery (TLER). Konkurencja oczywiście też ma podobne rozwiązanie np. firma Seagate Error Recovery Control (ERC), Samsung i Hitachi wykorzystuj Command Completion Time Limit (CCTL). Wszystkie te technologie mimo, że inaczej się nazywają robią dokładnie to samo, tzn. ograniczają czas naprawy uszkodzonego sektora przez dysk jeżeli takowy zostanie wykryty.
Jeżeli dysk klasy DCD będzie wykorzystywany w środowisku RAID i zostanie wykryty uszkodzony sektor, wtedy dysk straci trochę czasu na jego naprawę, znacznie więcej czasu niż dyski klasy ECD. Podczas procesu naprawy dysk traci komunikację z HBA co powoduje spadek wydajności. Jeżeli jednak czas naprawy będzie zbyt długi to HBA stwierdzi, że taki dysk jest uszkodzony i odłączy go z macierzy RAID. Oczywiście taki dysk można ponownie dodać do macierzy, w której się znajdował, ale należy pamiętać, że zanim zostanie dodany minie trochę czasu, ponieważ musi przejść od nowa proces odbudowy/synchronizacji wolumenu, aby mieć pewność, że spójność danych została zachowana.
Korzystając z dysków klasy ECD zapobiegamy niepotrzebnemu odłączeniu sprawnego dysku z macierzy RAID, który naprawia uszkodzony sektor, wtedy utracone dane z uszkodzonego sektora są odzyskiwane z lustrzanej kopi drugiego dysku jeżeli mamy skonfigurowany RAID1 lub bitu parzystości znajdującego się na innych dyskach jak w przypadku RAID5. Korzystając z dysków ECD będziemy mieli zapewnioną wysoką dostępność do wolumenów z danymi pomniejszoną o zakłócenia wywołane przez wystąpienie wadliwych sektorów na dyskach twardych w macierzy.

Różnica w gwarancji między dyskami klasy ECD i DCD

Przez to, że dyski klasy ECD są wyposażane w lepszej jakości komponenty to otrzymują przeważnie 5 lat gwarancji, natomiast dyski klasy DCD mają w zależności od producenta gwarancja wynosi od 1 roku do lat 3.

Jaka marka dysków twardych jest najlepsza?

Moim zdaniem nie ma marki, która by się wyróżniała na tle pozostałych.
Bazując na moim doświadczeniu, od roku 1991 wykorzystywałem dyski od Fujitsu, Hitachi GST, IBM, Maxtor, Quantum, Samsung, Seagate, Toshiba i Western Digital. Dysk twardy jest urządzeniem mechanicznym, co za tym idzie musi się popsuć prędzej czy później. Dlatego najlepszym sposobem na awarię dysku jest utrzymanie dobrej strategii tworzenia kopii zapasowych.
Miałem dyski, które ulegały uszkodzeniu dwie minuty po pierwszym uruchomieniu tzw. syndrom Click of Death – ale spotkałem się także, z dyskiem, który działa przez 10 lat w moim domu w sprzęcie AV bez najmniejszych problemów.
Oznacza to tylko tyle, że nie ma najlepszej marki – to nie jest kwestia tego czy dysk się popsuje, to jest kwestia czasu kiedy to nastąpi.

Wskazówki do wyboru najlepszego dysku twardego dla serwera NAS

Jaki dysk kupić do serwera NAS firmy QNAP ?

Zakładając, że nie rozmawiamy o wymaganiach pojemnościowych, zawsze jest lepiej kupić dysk, który znajduje się na liście kompatybilnych dysków stworzonej przez QNAP Wszystkie dyski na tej liście zostały zakupione przez QNAP i przeszły procedury testowe w laboratoriach QNAP, gdzie testowane jest ponad 70 parametrów – poniżej te wybrane
- Jak dysk się zachowa gdy zostanie wyjęty z serwera?
- Jak zachowuje się jego SMART?
- Jak radzi sobie z naprawą uszkodzonych sektorów?
- Jak się zachowuje przy różnych temperaturach pracy?
- Jak znosi kilkanaście restartów z rzędu?
- …i wiele więcej.

Wniosek jest prosty dyski klasy ECD należy używać w środowiskach gdzie niezawodność i dostępność są ważniejsze niż cena

Po pierwsze dyski ECD wykorzystuje się w miejscach gdzie z danych w tym samym czasie korzysta wielu użytkowników – gdzie brak dostępu do danych z powodu awarii dysku twardego wpłynie na pracę wielu użytkowników. Gdzie awaria spowoduje, że przez brak dostępu do danych firmowych zatrzyma produkcję, lub sprzedaż produktów firmy nie będzie możliwa, czasami oba przypadki mogą być ze sobą połączone, przez co firm będzie traciła tysiące złotych na sekundę.
Dyski ECD są także zalecane do obsługi wysokiego poziomu zapytań wejść/wyjść następujących w tym samym czasie – tak jak ma to miejsce przy bazach danych przechowywanych na serwerach lub w środowiskach Virtual Storage
Dyski ECD zaleca się stosować również w miejscach, gdzie dane muszą być dostępne o każdej porze dnia i nocy, gdzie muszą pracować 24 godziny na dobę przez cały rok.

Wniosek jest prosty dyski klasy DCD używa się tam gdzie cena ma znaczenie

DCD w zupełności wystarczą, aby zaspokoić wymaganie małej liczby użytkowników (a nawet jednego) – którzy okazjonalnie korzystają z danych znajdujących się na dysku. Gdzie brak dostępu do danych jest możliwy nawet przez kilka dni ponieważ firma nie jest uzależniona od danych znajdujących się na dyskach.
Dyski klasy desktop stosuje się w miejscach gdzie dysk większość czasu spędza w stanie czuwania
Są idealne do systemów backupu danych
- Jako przykład w domu wykorzystuje dysk klasy DCD do backupu mojego serwera. Dysk pracuje tylko dwie godziny dziennie, a resztę czasu jest w stanie czuwania. Jest to idealny przykład jak można wykorzystać dyski DCD.

Czy powinienem używać dysków najnowszych z największą dostępną przestrzenią, czy jednak lepiej kupić dyski o mniejszej przestrzeni, które już od pewnego czasu są dostępne na rynku?

Osobiście nie używam najnowszych dysków – ponieważ uważam iż nowe technologie mają zawsze wysokie ryzyko wystąpienia awarii. Zwykle nowe technologie mają to do siebie i nie ważne czy to jest dysk twardy, oprogramowanie, komputer czy nawet smartphone – że zawsze są pewne problemy, których nie można przetestować, czy wyłapać w kontrolowanym środowisku laboratoryjnym. Właśnie przez ten nieznany czynnik, skłaniam się do korzystania se starszych sprawdzonych już przetestowanych przez społeczeństwo technologii. Cenię niezawodność i przystępną cenę w granicach rozsądku. Na dzień dzisiejszy największy dysk ma 4TB, ja jednak bardziej komfortowo czuję się gdy wykorzystuję dyski o pojemności 3TB, a nawet 2TB ponieważ dyski o wielkości 2TB są dostępne na rynku już od kilku lat.
Kolejną zaletą używania starszych dysków jest ich cena, są one zawsze tańsze od nowych modeli. Gdy będziemy potrzebowali więcej przestrzeni na dane – zakładając, że serwer ma skonfigurowany wolumen na macierzy RAID, to należy pamiętać, że można go zawsze rozbudować o kolejne dyski lub można dyski o mniejszej pojemności zamienić większymi podczas pracy bez utraty danych.

Używaj awaryjnych zasilaczy UPS

Zawsze zalecam używanie awaryjnych zasilaczy UPS ponieważ zmniejsza to prawdopodobieństwo utraty danych. Dzisiaj dyski mają przeważnie 64MB pamięci cache, gdy korzystamy z TS-569Pro będziemy mieli do dyspozycji 320MB, gdy w urządzeniu będzie znajdowało się 5 dysków twardych. Jeżeli podczas zapisywania danych na serwer, nastąpi nieoczekiwane wyłączenie serwera np. z powodu utraty zasilania to stracimy 320MB danych, które znajdowały się pamięci cache dysków twardych i dodatkowo 1GB danych, które znajdowały się w pamięci RAM urządzenia TS-569Pro. Tak duża utrata danych może dodatkowo uszkodzić dane na serwerze. UPS nie jest drogim rozwiązaniem bo można go kupić już za 150PLN, jest to mała inwestycja, ale zaoszczędza czasu przy odzyskiwaniu danych z kopi zapasowej lub kilkanaście tysięcy złotych, które musimy zapłacić firmie odzyskującej danych, jeżeli nie mieliśmy backupu danych, które zostały utracone w wyniku awarii zasilania.

Podsumowanie

Biorąc pod uwagę wszystko co zostało napisane powyżej mam nadzieję, że udało mi się wyjaśnić wszystkie kwestie dotyczące technologi działania dysków twardych, które powinniście brać pod uwagę przy wyborze dysku twardego. Ogólnie rzecz biorąc gdy wybieracie dysk twardy zalecam skorzystanie z liście kompatybilnych dysków stworzonej przez QNAP wybierając z niej dyski poprzez interesującą nas wielkość, a następnie zastosowanie i cenę. Ponownie, będąc konserwatywnym przy wyborze dysku twardego, zalecam wybranie dysku o mniejszej pojemności, który jest dostępny na rynku już przez jakiś okres, ponieważ to rynek weryfikuje czy dany dysk jest niezawodny. Nawet jeżeli wybierzesz dysk odpowiedni dla ciebie nie powinieneś zapominać o wykonywaniu kopi bezpieczeństwa.