Wybór dysku twardego do serwera NAS 2016

Wybór serwera NAS dopasowanego do potrzeb sprawia często ogromne problemy. Musimy wybierać nie tylko „najlepszą markę” ale także optymalną konfigurację. W gąszczu specyfikacji, procesorów, rozmiarów pamięci, ilości zatok, portów w końcu odnajdujemy wymarzony model. W tym momencie uzmysławiamy sobie,  że następny krok, wybór odpowiedniego dysku twardego, wcale nie jest łatwiejszy. Kolejne pytania brzmią: jaka jest różnica między dyskami twardymi oraz jaki dysk powinienem kupić do serwera plików?

Na rynku dostępnych jest kilka kategorii dysków. Te najważniejsze to:

1. Desktop (dla komputerów stacjonarnych)
2. Laptop (dla komputerów przenośnych)
3. NAS (dla serwerów NAS)
4. Enterprise (dla centrów danych)
5. Archiwalne (do przechowywania rzadko używanych danych)
6. Surveillance (systemy nadzoru)
7. AV (Aplikacje audio video)
8. SSD (dyski flash)

Na dodatek mamy kilku producentów dysków. Ci główni od dysków magnetycznych to:

1. WD
2. Seagate
3. HGST (należące do WD)
4. Toshiba

Producenci dysków SSD  idą w dziesiątki, ale Ci najważniejsi są poniżej:

1. SanDisk  (należący do WD)
2. Samsung
3. Intel
4. HGST  (należący do WD)
5. Seagate
6. Toshiba
7. Kingston
8. wielu, wielu innych.

Każdy producent dodatkowo ma kilka linii produktów w ramach danej kategorii dyskowej, także o ból głowy już nietrudno, ale po koleii…

Przy wyżej wskazanych kategoriach dysków wybór wydaje się z pozoru prosty i oczywisty. Warto jednakowoż przyjrzeć się cechom poszczególnych kategorii, aby ostatecznie dokonać najlepszego wyboru. Na ogół wszystkie dyski z wyłączeniem SSD to konstrukcje podobne – zapis magnetyczny na talerzach. Łatwo rozpoznawalne różnice to pojemność i prędkość obrotowa. Jest jednak kilka mniej eksponowanych parametrów, które determinują wykorzystanie dysku twardego. Pozwalają one lepiej zrozumieć i ocenić zarówno różne ceny i zastosowania, pomimo zbieżnych podstawowych parametrów.

Parametry dysków

1. Czas działania – POH (Power-On Hours) Dyski Enterprise są zaprojektowane tak, aby mogły bez problemu pracować 24 godziny na dobę 7 dni w tygodniu, co rocznie daje nam 8760 godzin. Dyski klasy enterprise często są wykonywane w bardzo zaawansowanej technologii i wyposażane w wysokiej jakości części, co pozwala im działać bez wyłączania przez długi okres. Dyski typu desktop z założenia nie mają pracować 24 godziny na dobę – średni parametr POH dla dysków desktop wynosi 2400-3120 godzin rocznie. Przekroczenie tego poziomu powoduje znaczne zużywanie się dysku twardego i może doprowadzić do jego awarii.

2. Zdolność do obciążeń – Workload Capability. To jeden z ważniejszych parametrów pozwalający ocenić zdolność od obciążeń danymi. W przypadku dysków klasy enterprise parametr kształtuje się na poziomie większym niż 180-560TB/rocznie, a w przypadku klasycznych dysków desktop poniżej 60TB/rocznie.

3. Współczynnik AFR (Annualized Failure Rate ) / Średni czas między awariami (MTBF). AFR i MTBF to statystyki powiązane między sobą– bardziej MTBF jest związane AFR. Liczby te są używane przez producentów, aby stwierdzić niezawodność dysku twardego, mniejszy AFR mówi nam, że jest mniejsza szansa na awarię. Przeważnie dyski enterprise mają parametr AFR znacznie niższy niż dyski desktop. Należy mieć na uwadze, że nie ma producenta, który zagwarantuje nam, że parametr AFR będzie równy zeru. Jednocześnie należy zwrócić uwagę, na fakt , że parametr MTBF podawany jest przy założonym niższym cyklu pracy. Typowe parametry dysków enterprise to od 800 tys do 2 mln godzin przy obciążeniu 100%, natomiast w przypadku dysków desktop parametr może wynosić od 600 tyś do 1 miliona, ale przy założonym 25% obciążeniu!

4. Różnica w naprawianiu uszkodzonych sektorów w dyskach twardych. Często dyski enterprise są dodatkowo wyposażane przez producenta w technologię, która jest wykorzystywana w środowiskach RAID przez co te dyski są w stanie szybciej naprawić uszkodzony sektor. Dzięki temu komunikacja dysku hosta z szyną HBA nie zostaje przerwana. Najbardziej znaną technologią jest rozwiązanie firmy WD Time Limited Error Recovery czyli TLER. Jeżeli dysk klasy desktop będzie wykorzystywany w środowisku RAID i zostanie wykryty uszkodzony sektor, wtedy dysk straci trochę czasu na jego naprawę, znacznie więcej czasu niż dyski klasy NAS lub enterprise. 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. 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 NAS lub enterprise zapobiegamy niepotrzebnemu odłączeniu sprawnego dysku z macierzy RAID, który jest w trakcie naprawy uszkodzonego sektora. Utracone dane z uszkodzonego sektora są odzyskiwane z lustrzanej kopii drugiego dysku, jeżeli mamy skonfigurowany RAID1 lub bitu parzystości, znajdującego się na innych dyskach, jak w przypadku RAID5. Korzystając z dysków enterprise będziemy mieli zapewnioną wysoką dostępność do wolumenów z danymi pomniejszoną o zakłócenia wywołane przez wystąpienie wadliwych sektorów na dyskach twardych w macierzy.

5. Dodatkowe funkcje dedykowane przy pracy w systemach wielodyskowych. Każdy producent dysków opracował technologie pozwalające na stabilniejszą pracę w systemach wielodyskowych, na przykład WD NASware™. To technologia odpowiedzialna za usuwanie błędów i zwiększenie odporności na drgania. Jeśli w przykładowym typowym środowisku komputerowym wystąpi konieczność odbudowy danych, może to trwać 20 sekund lub dłużej. W typowym zastosowaniu NASware™, jeśli odtwarzanie danych przez dysk trwa dłużej niż kilka sekund, to macierz RAID uznaje, że dysk opuścił macierz i rozpoczyna czasochłonny proces odbudowy całego dysku. Jednak dzięki technologii NASware™ dysk podejmuje próby odzyskania danych i informuje macierz RAID, że potrzebuje pomocy przy odbudowie określonego fragmentu danych. Macierz RAID może pomóc w korekcji danych z kopii zapasowych, przez co unika się pełnej odbudowy dysku. Dyski klasy enterprise posiadają również sprzętowe czujniki wibracji, które są zalecane do macierzy ośmiu i więcej dyskowych. Na przykład w dyski WD Red Pro z technologią 3D Active Balance™ Plus wyposażono w wieloosiowy czujnik wstrząsów, reagujący nawet na delikatne drgania, który kompensuje wibracje zarówno liniowe jak i obrotowe w czasie rzeczywistym, przyczyniając się do zwiększenia niezawodności.

Przy tak określonych parametrach logiczny wydaje się zakup jedynie dysków klasy enterprise, natomiast w wielu wypadkach nie jest to ekonomicznie uzasadniony wybór. Koszty dysków twardych są znacznie wyższe niż dysków desktop czy NAS. Dlatego celowe wydaje się określenie zastosowań i właściwe dopasowanie dysków do potrzeb środowiska, w którym mają pracować. Poniżej zestawienie dysków twardych (dla przejrzystości w oparciu o modele WD), wraz z najważniejszymi cechami, oraz określonym przeznaczeniem.

Dyski desktop/laptop

Dyski do komputerów stacjonarnych i notebooków. Zazwyczaj instalowane jako pojedyncze dyski. Oferują niską cenę (WD Blue, WD Green) lub znaczną wydajność (WD Black) ale nadają się dla użytkowników, którzy sporadycznie korzystają z danych – do kilku godzin dziennie. Dyski nie są zalecane do systemów NAS. Częstą praktyką jest wykorzystanie „leżącego” dysku twardego ze starego komputera do serwera NAS. Należy pamiętać o tym, że choć instalacja przebiegnie pomyślnie to taki dysk po części zużyty, pracujący w zdecydowanie trudniejszych warunkach może znacząca zmniejszyć żywotność.  Z kolei dla wielu osób WD Black wydaje się optymalny – szybki i ma 5 lat gwarancji. Dyski serii Black faktycznie są trochę szybsze ale też niestety znacznie bardziej grzeją się, zatem w środowisku NASowym długo „nie pożyją”.

Dyski NAS 

Dyski optymalne dla zastosowania w serwerach NAS, dla użytkowników którzy wymagają wyższej niezawodności niż oferują dyski klasy desktop, ale przy umiarkowanej cenie. Dyski NAS są nie tylko bardziej wytrzymałe, ale oferują również odpowiednią wydajność i mniejsze zużycie energii. Niektóre modele nie mają czujnika wibracji i wtedy dedykowane są do serwerów NAS desktop do 8 kieszeni maksymalnie. Dyski ze sprzętowym czujnikiem wibracji mogą być stosowane w serwerach Rack oraz desktop powyżej 8 kieszeni.

Dyski do monitoringu

Dyski optymalizowane do pracy w systemach monitoringu pod kątem ciągłego zapisu, ale bez potrzeby szybkiego dostępu do danych. Dedykowane do pracy w serwerach NAS, które funkcjonują jako rejestratory obrazu z kamer IP lub po prostu do rejestratora obrazu z kamer IP.

Dyski enterprise – dyski twarde do centrów danych

Najbardziej zaawansowane technologicznie konstrukcje dysków oferujące lepsze parametry wydajności: POH i MTBF. Dodatkowo wbudowane czujniki drgań i korekcja błędów np. TLER pozwalają zamontować dyski w najbardziej wymagających środowiskach związanych z wysoka dostępnością danych i dużymi transferami. Z kolei dyski archiwalne ze względu na niskie parametry nadają się głównie do archiwizacji bardzo rzadko używanych dokumentów tzw. „cold data”.

Podsumowanie:

• Dyski klasy enterprise należy używać, gdy niezawodność i dostępność są ważniejsze niż cena. W sytuacji gdy brak dostępu do danych z powodu awarii dysku twardego może wpłynąć na pracę wielu użytkowników lub brak dostępu do danych zatrzyma produkcję lub sprzedaż produktów firmy handlowej, to może oznaczać straty tysięcy złotych  na sekundę. W takich wypadkach zastosowanie dysków enterprise jest niezbędne. Dyski enterprise 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 enterprise 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.
• Dyski klasy NAS używa się tam gdzie cena i pojemność ma znaczenie. Dyski klasy NAS w zupełności wystarczą, aby zaspokoić wymagania mniejszej liczby użytkowników (a nawet jednego) – którzy okazjonalnie korzystają z danych znajdujących się na dysku. Dyski sprawdzają się w sytuacjach gdzie brak dostępu do danych nawet przez kilka dni nie oznacza strat finansowych, ponieważ osoba lub firma nie jest uzależniona od danych znajdujących się na dyskach.
• Dyski klasy Desktop i Laptop ze względu na brak przystosowania do pracy ciągłej, nie są rekomendowane do instalacji w macierzach NAS.
• Dyski SSD przez długi czas nie były dedykowane do pracy w macierzach NAS ze względu na stosunkowo małą żywotność (skończona ilość operacji zapis/odczyt). Obecnie dzięki rozwojowi technologii SSD, implementacji obsługi poleceń TRIM, znacznie wydłużono żywotność dysków. Dzięki temu można w prosty sposób zwiększyć wydajność systemu oraz obniżyć poziom hałasu/zużycia energii. Dyski SSD zaleca stosować się w kilku sytuacjach:
  • Jeśli  oczekujemy obsługi zapytań w jak najkrótszym czasie, np. w aplikacjach bazodanowych
  • W serwerach z opcją SSD Cache do przyspieszenia wszystkich operacji zapisu/odczytu
  • W krytycznych systemach backupowych z szybkim „disaster recovery”
  • W najnowszych macierzach wyposażonych w karty 10GbE czy 16Gb FC  zwanymi „all flash” lub FAS