Serwerowe dyski twarde – kompendium wiedzy

Na łamach naszego portalu poruszaliśmy już kwestię pojęć związanych z IT. W naszym elementarzu znalazło się kilka definicji, które zdecydowanie zasługują na szerszy kontekst ich występowania i działania. W tym tekście skupimy się na rodzajach dysków, które występują w rozwiązaniach z grupy ISG.

Rodzaje i zastosowanie

Zacznijmy od tego, że obecnie na rynku dostępna jest rozległa gama rodzajów, wielkości, prędkości zapisu oraz odczytu, a także sposobu montażu nośników danych. Możliwości mamy naprawdę wiele, a wybór odpowiedniego dysku powinniśmy uzależnić od konkretnych zadań, do jakich ma być on przeznaczony. Pamiętajmy też, że podczas doboru komponentów sprzętu składającego się na naszą infrastrukturę IT nie jesteśmy skazani na ograniczenie się do jednego konkretnego rodzaju dysku – możemy je ze sobą łączyć, tak aby uzyskać środowisko stworzone do pracy z pełną wydajnością.

Zatem, skoro wstęp mamy już za sobą, czas na rozwinięcie tematu. Zacząć należy od najbardziej – i to w skali całego rynku IT – powszechnego rodzaju dysku.

SATA

Choć sam skrót SATA oznacza interfejs szeregowy magistrali ATA, który można spotkać nie tylko przy nośnikach danych, to wrodzone człowiekowi uwielbienie do ułatwiania życia sprawiło, że dziś jest to określenie niemalże tożsame z dyskami. W ramach dysków SATA dostępne są zarówno dyski magnetyczne, jak i półprzewodnikowe. Zaczniemy od tych pierwszych.

Dysk magnetyczny, to nośnik, w którym dane zapisywane są na okrągłych aluminiowych talerzach, znajdujących się w jego obudowie. Do zapisu i odczytu służy tu specjalna głowica umieszczona na ruchomym, elastycznym ramieniu. Sposób działania tego rodzaju dysku możemy porównać do gramofonu. Każdorazowe odczytanie/zapisanie danych powoduje zmianę położenia głowicy nad powierzchnią obracającego się talerza.

Parametrem, od którego w głównym stopniu zależy wydajność dysku, jest prędkość obrotowa talerza, liczona w obrotach wykonanych w ciągu jednej minuty (dalej – RPM, rounds per minute). Dostępne są tu dwa rodzaje nośników – 5400 RPM oraz 7200 RPM. Zasadniczo interpretacja tej wartości jest taka, że im więcej RPM posiada dysk, tym jest on szybszy. Należy tu jednak pamiętać, że maksymalną prędkość osiąga się przy transferze dużych, jednak pojedynczych plików. Przy rozdrobnionych przesyłach wartości te znacznie spadają i wynika to tylko i wyłącznie z zastosowanej technologii.
Aby dodatkowo zwiększyć wydajność zapisu/odczytu danych na dyskach magnetycznych, wyposaża się je w technologię NCQ (Native Command Queuing). Optymalizuje ona pracę nośników poprzez zmniejszenie ilości niezbędnych obrotów talerza oraz skoków głowicy w takcie wykonywania zadań. Metoda ta pozwala uzyskać większą wydajność podczas dużych obciążeń dysku, jednoczenie zmniejszając jego mechaniczne zużycie.

Dzięki umiarkowanej prędkości zapisu i odczytu danych, a jednocześnie dobrym stosunku ceny do pojemności oferowanej przez ten typ nośników, dyski magnetyczne w dalszym ciągu cieszą się ogromną popularnością. Do tego, ciągle ewoluują i w ciągu ostatnich 4 lat podwoiły swoją pojemność – dziś jest to już nawet 24 TB (24 000 GB).

Ten typ nośnika najlepiej sprawdzi się, kiedy wykorzystamy go jako miejsce składowania i archiwizacji danych. Z racji, że dane zapisywane na dyskach magnetycznych są niejako fizycznie nanoszone na talerze, w przypadku awarii łatwiej jest odzyskać znajdujące się na nich pliki.

SAS

Dyski Serial Attached SCSI (SAS), zastępując starsze nośniki SCSI, stały się popularnym standardem w sprzęcie komputerowym, przeznaczonym dla klientów biznesowych (serwery, stacje robocze itp.). Wykorzystują one zestawy komend dysków SCSI dla zaawansowanych funkcjonalności, jak na przykład zapis kilku plików w tym samym czasie. W porównaniu z nośnikami SATA, są bardziej niezawodne, charakteryzują się największą wydajnością i skutecznością pracy nawet przy bardzo dużych obciążeniach.

Pierwszym parametrem, który wyróżnia dyski SAS na tle ich poprzedników jest dużo większa prędkość obrotu talerza. Urządzenia te osiągają wydajność na poziomie 10 000 RPM oraz 15 000 RPM. W porównaniu z dyskami SATA, czas dostępu do danych można więc skrócić nawet o połowę.

Kolejną zasadniczą różnicą charakteryzującą dyski SAS jest ich niezawodność. Średni czas pomiędzy awariami (z ang. Mean Time Between Failures – MTBF) wynosi tu 1,6 miliona godzin, co oznacza niezawodną pracę przez 182 lata. Wartą odnotowania rzeczą jest również przeznaczenie dysków. W przypadku nośników SAS do wyboru są 3 tryby pracy, do których przeznaczone jest urządzenie:

• Read Intensive – dyski dedykowane głównie dla przechowywania plików, które będą zdecydowanie częściej odczytywane przez użytkownika, niż zapisywane.
• Write Intensive – Stanowiące odwrotność dysków Read Intensive. Te dedykowane są do zadań polegających na intensywnym zapisie danych.
• Mix Use – Dla sytuacji, w których zachowany jest balans pomiędzy intensywnością odczytu i zapisu danych.

Minusem dysków SAS jest natomiast ich relatywnie niewielka pojemność. Chcąc zastosować w serwerze nośnik talerzowy tego typu, o prędkości 15 000 RPM, będziemy mieli do dyspozycji maksymalnie 900 GB przestrzeni dyskowej. Wolniejsze modele, o prędkości 10 000 RPM, sięgają swą pojemnością do 2,4 TB.
Dyski SAS doskonale sprawdzają się jako komponenty serwerów oraz urządzeń typu mission critical, czyli takich, które stanowią niezbędny element funkcjonowania danej firmy, w związku z czym prawdopodobieństwo ich ewentualnej awarii musi zostać zmniejszone do minimum. Do tego idealnie spełniają się w roli części składowych macierzy RAID.

Tutaj nadszedł czas na mały twist fabularny. Technologie uwielbiają się łączyć i optymalizować. Efektem takiego zmiksowania są dyski NLSAS oraz SSD SAS. Czym są? Otóż:

NLSAS

O dyskach NLSAS (Near-line SAS) w uproszczeniu można powiedzieć, że są one hybrydą dwóch omawianych wcześniej rodzajów dysków. Działają na zasadzie dysków SATA (zachowując taką samą prędkość obrotową i wykorzystując interfejs SATA), a jednocześnie obsługują zestawy komend zastosowanych w pełnoprawnych nośnikach SAS.
Same w sobie nie oferują wydajności większej, od typowych dysków SATA (i mówimy tutaj stricte o transferze), co wynika z tego, że posiadają taką samą prędkość obrotową talerzy. Różnicę stanowią tutaj natomiast dodatkowe cechy, charakterystyczne dla dysków SAS (np. około dwa razy szybszy interfejs).

Dzięki zastosowaniu odpowiednich komend przy zapisie i odczycie danych, dysk ten może wykonywać na raz kilka operacji, co w dużym stopniu zwiększa efektywność pracy.
W praktyce nośniki NLSAS możemy określić mianem bardziej pojemnych i dużo wolniejszych dysków SAS. Ich przestrzeń dyskowa może dochodzić nawet do 12 TB. Dzięki swojej stosunkowo niskiej cenie dyski NLSAS znajdą zastosowanie w serwerach typu NAS oraz jako dyski wspomagające w sieci teleinformatycznej danej firmy.

SSD

Dyski SSD (półprzewodnikowe) działają na zupełnie innej zasadzie niż dyski magnetyczne. W nośnikach tego rodzaju dane zapisywane są na kościach flash. Największym ich atutem jest ich wydajność oraz niemalże natychmiastowy dostęp do wszystkich danych. W tych dyskach nie występują ruchome części, co znacznie wpływa na ich wytrzymałość. Największym minusem jest jednak bezpieczeństwo danych. W dyskach SSD, awaria któregokolwiek tranzystora spowoduje niemal nieodwracalną utratę danych. W związku z tym, warto te dyski uzupełniać macierzami RAID 1.

Dyski SSD są nośnikami o stosunkowo niskim stosunku ceny do pojemności. Przykładowo, dysk SSD SAS o pojemności 7,68 TB to koszt w okolicach 19 tys. złotych. Taka sama kwota pozwoliłaby na wyposażenie serwera w niemalże 60 TB, przy wyborze dysków NLSAS.

W praktyce jednak, dysków SSD używa się do obsługi systemów czy aplikacji i nie wykorzystuje się ich jako miejsca przechowywania danych. Najbardziej praktycznym i często stosowanym rozwiązaniem jest montaż dwóch rodzajów dysków w danym serwerze czy komputerze. Nośniki SSD będą miejscem, gdzie zainstalujemy oprogramowanie oraz najważniejsze aplikacje oraz programy o wysokich wymaganiach sprzętowych (np. programy do grafiki 3D lub efektów wideo), a dyski magnetyczne wykorzystamy do magazynowania plików. Takie rozwiązanie umożliwi nam wydajną i szybką pracę, a koszty przedsięwzięcia zostaną doskonale zoptymalizowane.

Taśma

Pomimo tego, że taśma magnetyczna niebawem będzie świętować swoje setne urodziny, a producentów tych nośników można policzyć już na palcach jednej ręki, to ten rodzaj nośnika nadal znajduje zastosowania w centrach danych.

W czym tkwi sukces taśmy magnetycznej? Przede wszystkim w jej prostocie. Nośniki typu „Tape memory” to długie taśmy, pokryte substancją magnetyczną, która ustawiana jest przez głowicę magnetyczną, w swoiste bloki reprezentujące dane. W przypadku napędów taśmowych nie ma mowy ani o szybkim transferze (gęstość danych waha się od 200 do 6200 bitów na cal taśmy), ani o dużych pojemnościach (pojemność takiej taśmy, bez zastosowania kompresji, to około 6 terabajtów). Ich największą zaletą jest wytrzymałość. Nie ma na ten moment bezpieczniejszego sposobu archiwizacji danych niż taśma. Szpula taśmy magnetycznej jest w stanie zachować swoje dane nawet przez 30 lat, o ile będzie odpowiednio przechowywana (niska wilgotność i odpowiednia temperatura).

Podsumowując

O nośnikach można mówić dużo i długo. Każdy rodzaj i typ dysku jest przeznaczony do innego typu zastosowania – nie ma tutaj rozwiązań uniwersalnych. Mamy nadzieję, że powyższy tekst nieco przybliżył zagadnienia nośników i pozwoli ukierunkować zapytania. A jeśli w obrębie zapotrzebowania nadal istnieją jakiekolwiek wątpliwości, zapraszamy do kontaktu z naszym działem rozwiązań Enterprise. Nasi specjaliści z pewnością je rozwieją i zaproponują odpowiedni wybór.