Сетевое хранилище NAS против внешних HDD: что лучше и практичнее?
Содержание
Содержание
Данные, данные, данные… Мы постоянно имеем дело с разными цифровыми данными. Документы по работе или фотографии из отпуска, коллекции любимых фильмов где-то нужно хранить. И если раньше хватало USB флешки, то с каждым годом требуется все больше места. Приоритетом становятся внешние жесткие диски и сетевые хранилища NAS. Но какой вариант накопителя подходит лучше для универсального использования?
Внешние жесткие диски на базе 3,5” HDD
Первыми внешними накопителями стали устройства на базе жестких дисков HDD, которые подключались к ПК по USB. Во внешних жестких дисках использовались стандартные HDD формата 3,5 дюйма. Но, так как интерфейс USB не способен выдать достаточную силу тока для раскручивания магнитного диска внутри такого HHD, необходим внешний блок питания. И именно это ограничивает круг использования такого накопителя, потому что рядом с ПК или ноутбуком необходима розетка. К тому же внешние жесткие не особо компактные.
Когда они только появились, то их популярность была оправдана — по сравнению с флэшками внешние HDD предлагали гораздо больше объема. Но сейчас они нужны разве что как резервный накопитель, который подключается через USB. Чтобы такие накопители хоть как-то продавались, производители начали снабжать их USB-разъемами для зарядки гаджетов.
Внешние жесткие диски на базе 2,5” HDD
Внешние жесткие диски на базе 2,5-дюймовых HDD стали гораздо проще в использовании. Блок питания им уже не нужен — достаточно подключить по USB и все.
При использовании USB 2.0 внешник приходилось подключать к двум разъемам USB сразу для дополнительного питания устройства. С переходом на USB 3.0 такая необходимость отпала, и теперь все работает на одном кабеле USB 3.0.
Во внешних жестких дисках используются медленные HDD со скоростью вращения 5400 оборотов в минуту. С одной стороны — ниже скорость доступа к данным, с другой — тихая работа. За счет использования компактного жесткого диска уменьшился и размер корпуса — теперь внешник удобно брать с собой куда угодно, да и розетку искать не надо для подключения.
Сетевые хранилища (NAS)
В одно время с появлением внешних жестких дисков на рынок выходят новые устройства хранения — сетевые хранилища NAS (Network Attached Storage). Они не были внешними и не были компактными, но тоже строились на базе жестких дисков. Однако здесь пользователь получает доступ к данным через локальную сеть.
Позже NAS стали подключаться к интернету, и стало еще удобнее — использовать свои данные можно в любой точке мира, где есть выход в сеть. Сетевые хранилища стали своего рода личными, защищенными облачными хранилищами. И именно с этих пор NAS стали популярными среди простых пользователей. Теперь нет нужно брать с собой отдельное устройство, так как вы в любой момент можете подключиться к сетевому хранилищу, которое физически находится у вас дома.
Сетевое хранилище — это ваш маленький сервер, который хранит данные и организует доступ к ним. В них можно использовать от одного жесткого диска до нескольких десятков. Конечно, для дома достаточно одного или нескольких дисков, но в некоторых моделях можно расширить количество накопителей при необходимости. При работе от двух дисков можно резервировать данные при помощи RAID-массивов — они повышают надежность хранения данных. Подробнее про RAID-массивы мы писали в этой статье.
Более того, у NAS своя операционная система, поэтому сетевое хранилище может стать не только базой данных, но и медиа-сервером в домашней сети для просмотра контента дома или на вашем мобильном устройстве, где бы вы ни были. Операционки настолько гибкие, что вы можете организовать видеонаблюдение при подключении IP-камер или использовать NAS как WEB-сервер для работы ваших сайтов. Доступ к даным можно разграничить при помощи политики учетных записей, а при необходимости привязать к домену компании.
Сегодня лидером по производству и удобству использования является компания Synology, которая разработала универсальную и максимально простую в использовании операционную систему DSM (Disk Station Manager) на базе Linux. Помимо перечисленных задач, вы всегда можете установить дополнительные приложения через «Центр пакетов», которые расширят функционал вашего сетевого хранилища, будь то построение телефонии на базе ASTERISK в вашем офисе или торрент-качалка из интернета без участия вашего ПК. Дополнительные расширения постоянно обновляются и добавляются новые, поэтому возможности вашего сетевого хранилища ограничены лишь аппаратной частью.
Сетевое хранилище против внешнего жесткого диска
Итак, что все-таки лучше? Давайте рассмотрим в таблице сравнения.
Сетевое хранилище (NAS)
Внешний жесткий диск
Плюсы:
Минусы:
Плюсы:
Минусы:
Всегда ли NAS лучше?
Если вам часто приходится копировать большие объемы данных с накопителя и обратно, а также иметь их с собой всегда при себе, то тут предпочтительнее будет все же внешний жесткий диск 2,5”. Вы всегда сможете получить доступ к данным через USB разъем независимо от интернета. Тоже касается и дисков форм-фактора 3,5”, но они большие и нужна розетка. А еще, если вы имеете дело с небольшими по объему данными, то сетевое хранилище будет не выгодно по цене, в отличии от внешнего диска. Тем более если эти файлы не имеют особой ценности, например, фильм скачанный в дорогу с интернета. Даже если вы случайно потеряете жесткий диск, фильм всегда можно скачать с интернета снова.
Во всех остальных случаях сетевое хранилище впереди. Это удобный и простой доступ к данным через интернет. Решили посмотреть фильм в дороге, который скачали ранее? Просто подключились к сетевому хранилищу через интернет и посмотрели его онлайн или скачали на смартфон. Подключили камеры видеонаблюдения к хранилищу через сеть? Теперь всегда будете в курсе, что творится у вас на участке. Нет времени для скачивания данных с торрентов? Предоставьте это вашему NAS, и все данные буду скачаны на хранилище, даже когда вы спите. Любите фотографировать на смартфон, и там всегда заканчивается место в самый не подходящий момент? Включите синхронизацию, и пусть все фотографии отправляются на облако. Кстати, там все удобно сортируется, а при необходимости можно создавать альбомы и делиться с друзьями. Вариантов использования сетевого хранилища множество, но каждый найдет там то, что устроит именно его. Что не скажешь про внешние жесткие диски.
Сравнение по цене
Однодисковое сетевое хранилище и внешний жесткий диск
Сетевое хранилище + жесткий диск
Внешний жесткий диск
Как можно увидеть из сравнения выше, внешний жесткий диск всегда будет выигрывать по цене. А при увеличении максимального количества дисков в хранилище, разница будет только расти.
Итоги
Сетевое хранилище выгодно отличается от внешнего жесткого диска. Интернет сейчас есть практически везде, значит доступ к вашим данным возможен с любого устройства, имеющего подключение к сети— смартфон, планшет, ноутбук и даже телевизор. Теперь нет необходимости хранить фотографии, отснятые в путешествии, на внешнем жестком диске, уязвимом к физическим повреждениям. Можно сразу перенести все снимки на сетевое хранилище, которое находится от вас за тысячи километров, и быть уверенным, что с ними ничего не произойдет. И точно так же можно скачать все необходимые данные с вашего NAS из любой точки мира или безопасно поделиться данными с другом.
Но сетевое хранилище проигрывает внешним жестким дискам по цене, ведь за производительность, масштабируемость и удобство надо платить, пусть и обоснованно. Поэтому внешние жесткие диски по цене пока вне конкуренции.
NAS-сервер: что это, какие задачи решает и кому будет полезен?
В последнее время нарастает недоверие к интернет-хранилищам файлов от крупных корпораций, вроде Google Drive или Microsoft OneDrive. Боязнь передачи личных данных властям стран, перепродажи их другим корпорациям, кражи хакерами или же безвозвратного удаления, вызванного случайной ошибкой на удаленном сервере. Все это вынуждает как обычных пользователей, так и малый бизнес прибегать к установке локального сетевого хранилища — NAS-сервера. Что еще умеет NAS, помимо просто надежного и безопасного хранения информации, мы расскажем в этой статье.
DAS vs NAS
Начнем с того, что существуют два кардинально разных класса многодисковых накопителей: Direct-Attached Storage и Network-Attached Storage. Так, DAS представляет собой предельно простое устройство, основная задача которого — объединить два и более диска в массив с возможностью дальнейшего подключения по USB или Ethernet. Своих собственных «мозгов» у DAS нет, поэтому он нуждается в постоянном подключении к ПК.
Совсем другое дело NAS — это самодостаточное «умное» устройство, способное подключаться к интернету или локальной сети напрямую, без компьютера-посредника. У NAS имеется довольно-таки мощный ARM или даже x86_64 процессор и полноценная операционная система, чаще всего на базе Linux. Подробнее о возможностях NAS мы поговорим на примере модели одного из крупнейших производителей этого класса устройств — компании QNAP. Также мы запаслись парочкой специализированных NAS’овских SSD от Western Digital.
QNAP TS-251D — один из самых функциональных двухдисковых NAS-серверов. Построен на базе высокопроизводительного, по меркам NAS, двухъядерного процессора Intel Celeron J4005 c частотой 2 ГГц. Может комплектоваться 2 ГБ или 4 ГБ оперативной памяти, а наличие двух слотов SO-DIMM позволяет расширить объем ОЗУ до 8 ГБ. На распаянные на материнской плате 4 гига флеш-памяти установлена фирменная операционная система QTS.
Поддерживает QNAP TS-251D установку двух дисков: 3.5-дюймовых HDD, если требуется максимум объема (до 2х16 ТБ), или же 2.5-дюймовых SSD, если требуется высокая скорость, особенно в IOPS. Реализована функция «горячей» замены дисков без необходимости выключать NAS. Также имеется слот PCI-E x4, в который через переходник можно установить два M.2 SSD, Wi-Fi-адаптер, либо Ethernet-карту на 10 Гбит/с. По умолчанию NAS оснащен проводным сетевым адаптером на 1 Гбит/с.
Видеовыход HDMI, а также технология аппаратного видеодекодирования Intel Quick Sync, позволяют использовать QNAP TS-251D еще и как медиаплеер. Поддерживаются все современные видеокодеки, включая H.264 AVC, H.265 HEVC и VP9 WebM, а также вывод на телевизор изображения 4K@60Гц. Пять USB-портов, три из которых быстрые 3.2 Gen 1 (они же просто 3.0), дают возможность подключать всевозможные внешние устройства (диски, смартфоны, фотокамеры) для синхронизации файлов. На корпусе расположена выделенная кнопка быстрой синхронизации.
Для еще большей стабильности работы охлаждается QNAP TS-251D семисантиметровым вентилятором с автоматической регулировкой скорости вращения. Операционная система QTS предлагает практически безграничные сетевые возможности: FTP, веб-сервер, BitTorrent, видеонаблюдение и многое другое. Вишенкой на торте является алгоритм искусственного интеллекта QuMagie, помогающий упорядочить фотографии по лицам, предметам или местам.
WD Red SA500 — новая линейка твердотельных накопителей объемом от 500 ГБ до 4 ТБ, рассчитанная на круглосуточную работу 24/7. Включает модели как классического формата 2.5 дюйма, так и современного M.2, в обоих случаях с шиной SATA3. Основной сферой применения этих SSD являются NAS-серверы, то есть многодисковые сетевые хранилища файлов. Впрочем, ничто не мешает использовать Red SA500 и в настольных ПК, и в ноутбуках.
В основу Red SA500 положен, пожалуй, лучший SSD-контроллер «старой школы» — Marvell 88SS1074. Он обладаем двумя ядрами архитектуры ARM, восемью каналами флеш-памяти и поддерживает внешние чипы ОЗУ-кеша. Все это вместе позволяет ему развивать скорость чтения и записи случайных файлов до 95 тысяч и 85 тысяч IOPS (операций ввода-вывода в секунду) соответственно. Особенно важен этот параметр для тех, кто часто работает с локальными базами данных (СУБД), содержащими несметное количество мелких файликов.
Скорость последовательного чтения и записи Red SA500 также не подкачала: 560 и 530 МБ/с, что является практическим пределом пропускной способности шины SATA3. Все благодаря отборным чипам 64-слойной 3D TLC флеш-памяти SanDisk BICS3 (напоминаем, что полупроводниковыми заводами SanDisk нынче владеет как раз компания Western Digital). Еще больше отзывчивости системе прибавляет отдельный чип буферной оперативной памяти Nanya.
В целом же, WD Red SA500 — это быстрый (по меркам SATA SSD), надежный (повышенный ресурс перезаписи 300 ТБ у модели объемом 500 ГБ) и, главное, универсальный твердотельный накопитель. Он одинаково хорошо подходит для NAS-хранилищ, рабочих или игровых настольных ПК, а также большинства ноутбуков. Имеются у компании Western Digital и NAS-ориентированные жесткие диски Red.
Операционная система QTS
Все функции ОС QTS можно условно разделить на несколько категории: хранение информации, синхронизация и резервирование, мультимедиа и, наконец, веб-сервисы. Рассмотрим каждую категорию по отдельности.
Хранение информации. Внутренние накопители могут использоваться как отдельные дисковые разделы, так и объединяться в массив. На выбор доступно несколько режимов:
Синхронизация и резервирование. Фирменное приложение Qsync, которое доступно на всех популярных настольных и мобильных платформах (Windows, Linux, macOS, Android и iOS), позволяет в двухстороннем порядке автоматически синхронизировать файлы с NAS. А алгоритм QuDedup сравнивает старые и новые версии файлов и копирует только изменившиеся, тем самым не засоряя хранилище дубликатами.
Резервное же копирование реализовано в виде «снимков» файловой системы, то есть точек восстановления файловой системы, к которым при желании можно откатиться, если что-то пошло не так. Особенно актуально это для коллективной работы над рабочим проектом, когда ошибка одного из сотрудников может привести к необходимости отката всего проекта. Также NAS может выступать сервером хранения для многокамерных систем видеонаблюдения.
Мультимедиа. Этот пункт подразумевает хранение, воспроизведение и менеджмент фотографий, музыки и видео. Так, фотографии можно просматривать, сортировать вручную или автоматически (с использованием вышеупомянутой ИИ-технологии QuMagie). Также есть возможность назначить каждому пользователю доступ только к своей личной папке с фото.
Музыку и видео можно просматривать как непосредственно в веб-интерфейсе NAS (через веб-браузер или мобильное приложение Qfile), так и со смарт-телевизора, медиаплеера, игровой консоли и любого другого устройства с поддержкой технологии DLNA, AirPlay, Chromecast и прочих подобных. Причем процессор NAS способен «на лету» конвертировать видео в тот формат, разрешение и битрейт, который оптимально подходит для вашего телевизора. Также возможно прослушивание интернет-радиостанций.
Веб-сервисы. Встроенный магазин приложений и плагинов для ОС QTS позволяет еще больше расширить функциональность NAS. К примеру, по умолчанию есть возможность запустить веб-сервер для работы на нем сайта. А из магазина можно загрузить CMS-систему WordPress, чтобы создать, к примеру, новостной блог компании, сделав его доступным для чтения только сотрудникам, либо еще и клиентам. Программисты, несомненно, оценят поддержку технологии контейнеризации Docker, которая широко используется для тестирования веб-приложений. Также можно запустить локальный VPN или FTP-сервер, скачивать файлы по сети BitTorrent и сразу же сканировать их на предмет вирусов, и многое другое.
Выводы
Так кому же, в итоге, может быть полезным NAS-сервер? Во-первых, это создатели мультимедийного контента — фотографы и видеомонтажники. Причем абсолютно без разницы, кто вы — аматор, фотографирующий друзей и природу ради удовольствия, или профессиональный видеоблогер, зарабатывающий на YouTube. И тем, и другим нужно удобно и безопасно хранить большие объемы файлов, иметь к ним удаленный доступ всегда и везде.
Во-вторых, это программисты, коллективно работающие над проектами, которые нуждаются в возможности четко разграничивать права доступа, делать резервные копии и точки отката. А в случае разработки веб-приложений, их еще и тестировать можно прямо на NAS. Тем более, что ОС Linux для этого подходит намного лучше, чем Windows. В-третьих, это небольшие предприятия, которые ведут активный электронный документооборот между сотрудниками и деловыми партнерами, а также используют систему видеонаблюдения.
Современные технологии дисковых систем хранения данных
В этой статье речь пойдет о системах хранения данных начального и среднего уровня, а также тех тенденциях, которые сегодня ярко выделяются в этой отрасли. Для удобства будем называть системы хранения данных накопителями.
Сначала мы немного остановимся на терминологии и технологических основах автономных накопителей, а потом перейдём к новинкам и обсуждению современных достижений в разных технологических и маркетинговых группах. Мы также обязательно расскажем о том, зачем нужны системы того или иного вида и насколько эффективным является их использование в разных ситуациях.
Автономные дисковые подсистемы
Для того, чтобы лучше понять особенности автономных накопителей, остановимся немного на одной из более простых технологий построения систем хранения данных — шинно-ориентированной технологии. Она предусматривает использование корпуса для дисковых накопителей и контроллера PCI RAID.
Рисунок 1. Шинно-ориентированная технология постоения систем хранения данных
Таким образом, между дисками и PCI-шиной хоста (от англ. Host — в данном случае автономный компьютер, например сервер или рабочая станция) есть только один контроллер, который в значительной мере и задает быстродействие системы. Накопители, построенные по этому принципу, являются наиболее производительными. Но в связи с архитектурными особенностями практическое их использование, за исключением редких случаев, ограничивается конфигурациями с одним хостом.
Естественно, всё это неважно, если данные нужны для одного сервера или рабочей станции. Наоборот, в такой конфигурации вы получите максимальное быстродействие за минимальные деньги. Но если вам нужна система хранения данных для большого вычислительного центра или даже для двух серверов, которым нужны одни и те же данные, шинно-ориентированная архитектура совершенно не подходит. Недостатков этой архитектуры позволяет избежать архитектура автономных дисковых подсистем. Основной принцип ее построения достаточно прост. Контроллер, который управляет системой, переносится из хост-компьютера в корпус накопителя, обеспечивая независимое от хост-систем функционирование. Следует отметить, что такая система может иметь большое количество внешних каналов ввода/вывода, что обеспечивает возможность подключения к системе нескольких, или даже многих компьютеров.
Рисунок 2. Автономная система хранения данных
Любая интеллектуальная система хранения данных состоит из аппаратной части и программного кода. В автономной системе всегда есть память, в которой хранится программа алгоритмов работы самой системы и процессорные элементы, которые этот код обрабатывают. Такая система функционирует независимо от того, с какими хост-системами она связана. Благодаря своей интеллектуальности автономные накопители зачастую самостоятельно реализуют множество функций по обеспечению сохранности и управлению данными. Одна из самых важных базовых и практически повсеместно используемых функций — это RAID (Redundant Array of Independent Disks). Другая, принадлежащая уже системам среднего и высокого уровня — это виртуализация. Она обеспечивает такие возможности как мгновенная копия или удаленное резервирование, а также другие, достаточно изощрённые алгоритмы.
Коротко о SAS, NAS, SAN
В рамках рассмотрения автономных систем хранения данных обязательно следует остановиться на том, каким образом осуществляется доступ хост-систем к накопителям. Это в значительной мере определяет сферы их использования и внутреннюю архитектуру.
Мы уже писали о технологиях SAS/DAS, NAS и SAN в статье посвященной SAN, если кого эта информация заинтересует, рекомендуем обратиться к страницам iXBT. Но всё же позволим себе немножко освежить материал с акцентом на практическое использование.
SAS/DAS — это достаточно простой традиционный способ подключения, который подразумевает прямое (отсюда и DAS) подсоединение системы хранения к одной или нескольким хост-системам через высокоскоростной канальный интерфейс. Часто в таких системах, для подсоединения накопителя к хосту используется такой же интерфейс, который используется для доступа к внутренним дискам хост-системы, что в общем случае обеспечивает высокое быстродействие и простое подключение.
SAS-систему можно рекомендовать к использованию в случае, если имеется потребность в высокоскоростной обработке данных больших объемов на одной или нескольких хост-системах. Это, например, может быть файл-сервер, графическая станция или отказоустойчивая кластерная система, состоящая из двух узлов.
NAS — накопитель, который подсоединен к сети и обеспечивает файловый (обратите внимание — файловый, а не блочный) доступ к данным для хост-систем в сети LAN/WAN. Клиенты, которые работает с NAS, для доступа к данным обычно используют протоколы NSF (Network File System) или CIFS (Common Internet File System). NAS интерпретирует команды файловых протоколов и исполняет запрос к дисковым накопителям в соответствии с используемым в нём канальным протоколом. Фактически, архитектура NAS — это эволюция файловых серверов. Главным преимуществом такого решения является быстрота развёртывания и качество организации доступа к файлам, благодаря специализации и узкой направленности.
Исходя из сказанного, NAS можно рекомендовать для использования в случае, если нужен сетевой доступ к файлам и достаточно важными факторами являются: простота решения (что обычно является неким гарантом качества) и простота его сопровождения и установки. Прекрасным примером является использование NAS в качестве файл-сервера в офисе небольшой компании, для которой важна простота установки и администрирования. Но в то же время, если вам нужен доступ к файлам с большого количества хост-систем, мощный NAS-накопитель, благодаря отточенному специализированному решению, способен обеспечить интенсивный обмен трафиком с огромным пулом серверов и рабочих станций при достаточно низкой стоимости используемой коммуникационной инфраструктуры (например, коммутаторов Gigabit Ethernet и медной витой пары).
SAN — сеть хранения данных. Обычно в SAN используется блочный доступ к данным, хотя возможно подключение к сетям хранения данных устройств, предоставляющих файловые сервисы, например NAS. В современных реализациях сети хранения данных чаще всего используют протокол Fibre Channel, но в общем случае это не является обязательным, в связи с чем, принято выделять отдельный класс Fibre Channel SAN (сети хранения данных на основе Fibre Channel).
Основой SAN является отдельная от LAN/WAN сеть, которая служит для организации доступа к данным серверов и рабочих станций, непосредственно занимающихся обработкой. Такая структура делает построение систем с высокой готовностью и высокой интенсивностью запросов относительно простой задачей. Несмотря на то, что SAN сегодня остается дорогим удовольствием, TCO (общая стоимость владения) для средних и больших систем, построенных с использованием технологии сетей хранения данных, является довольно низкой. Описание способов снижения TCO корпоративных систем хранения данных благодаря SAN можно найти на страницах ресурса techTarget: http://searchstorage.techtarget.com.
Сегодня стоимость дисковых накопителей с поддержкой Fibre Channel, как наиболее распространенного интерфейса для построения SAN, близка к стоимости систем с традиционными недорогими канальными интерфейсами (такими как параллельный SCSI). Главными стоимостными составляющими в SAN остается коммуникационная инфрастуктура, а также стоимость ее развёртывания и сопровождения. В связи с чем, в рамках SNIA и многих коммерческих организациях ведётся активная работа над технологиями IP Storage, что позволяет использовать значительно более недорогую аппаратуру и инфраструктуру IP-сетей, а также колоссальный опыт специалистов в этой сфере.
Примеров по эффективному использованию SAN можно привести достаточно много. Практически везде, где имеется необходимость использования нескольких серверов с совместной системой хранения данных, можно использовать SAN. Например, для организации коллективной работы над видеоданными или предварительной обработки печатной продукции. В такой сети каждый участник процесса обработки цифрового контента получает возможность практически одновременно работать над Терабайтами данных. Или, например, организация резервирования больших объемов данных, которыми пользуется множество серверов. При построении SAN и использовании независимого от LAN/WAN алгоритма резервирования данных и технологий «моментальной копии», можно резервировать почти любые объёмы информации без ущерба функциональности и производительности всего информационного комплекса.
Fibre Channel в сетях хранения данных
Безусловным фактом является то, что сегодня именно FC (Fibre Channel) доминирует в сетях хранения данных. И именно развитие этого интерфейса привело к развитию самой концепции SAN.
В проектировании FC принимали участие специалисты со значительным опытом в разработке как канальных, так и сетевых интерфейсов, и им удалось объединить все важные положительные черты обоих направлений. Одним из важнейших преимуществ Fibre Channel наряду со скоростными параметрами (которые, кстати, не всегда являются главными для пользователей SAN, и могут быть реализованы с помощью других технологий) является возможность работы на больших расстояниях и гибкость топологии, которая пришла в новый стандарт из сетевых технологий. Таким образом, концепция построения топологии сети хранения данных базируется на тех же принципах, что и традиционные локальные сети, на основе концентраторов, коммутаторов и маршрутизаторов, что значительно упрощает построение многоузловых конфигураций систем, в том числе без единой точки отказов.
Стоит также отметить, что в рамках Fibre Channel для передачи данных используются как оптоволоконные, так и медные среды. При организации доступа к территориально удаленным узлам на расстоянии до 10 киллометров используется стандартная аппаратура и одномодовое оптоволокно для передачи сигнала. Если же узлы разнесены на 10-ки или даже 100-ни километров используются специальные усилители. При построении таких SAN учитываются достаточно нетрадиционные для систем хранения данных параметры, например, скорость распространения сигнала в оптоволокне.
Тенденции развития систем хранения данных
Мир систем хранения данных чрезвычайно разнообразен. Возможности систем хранения данных, так и стоимость решений достаточно дифференцирована. Существуют решения, объединяющие в себе возможности обслуживания сотен тысяч запросов в секунду к десяткам и даже сотням Терабайт данных, а также решения для одного компьютера с недорогими дисками с IDE-интерфейсом.
IDE RAID
В последнее время максимальный объем дисков с IDE-интерфейсом колоссально увеличился и опережает SCSI-диски примерно в два раза, а если говорить о соотношении цена на единицу объёма, то IDE-диски лидируют с разрывом более чем в 6 раз. Это, к сожалению, не повлияло положительно на надежность IDE-дисков, но всё же сфера их применения в автономных системах хранения данных неумолимо увеличивается. Главным фактором в этом процессе является то, что потребность в больших объёмах данных растёт быстрее, чем объем одиночных дисков.
Еще несколько лет назад редкие производители решались выпускать автономные подсистемы, ориентированные на использование IDE-дисков. Сегодня их выпускает практически каждый производитель, ориентированный на рынок систем начального уровня. Наибольшее распространение в классе автономных подсистем с IDE-дисками наблюдается в NAS-системах начального уровня. Ведь если вы используете NAS в качестве файлового сервера с интерфейсом Fast Ethernet или даже Gigabit Ethernet, то в большинстве случаев быстродействия таких дисков является более чем достаточным, а их низкая надёжность компенсируется использованием технологии RAID.
Там, где необходим блочный доступ к данным при минимальной цене за единицу хранимой информации, сегодня активно используются системы с IDE-дисками внутри и с внешним SCSI-интерфейсом. Например, на системе JetStor IDE производства американской компании AC&NC для построения отказоустойчивого архива с объёмом хранимых данных в 10 Терабайт и возможностью быстрого блочного доступа к данным стоимость хранения одного Мегабайта будет составлять меньше 0,3 цента.
Ещё одной интересной и достаточно оригинальной технологией, с которой пришлось познакомиться совсем недавно, была система Raidsonic SR-2000 с внешним параллельным IDE-интерфейсом.
Рисунок 4. Автономный IDE RAID начального уровня
Это автономная дисковая система, рассчитанная на использование двух IDE дисков и ориентированная на монтаж внутри корпуса хост-системы. Она абсолютно независима от операционной системы на хост-машине. Система позволяет организовать RAID 1 (зеркало) или просто копирование данных с одного диска на другой с возможностью горячей замены дисков, без какого-либо ущерба или неудобства со стороны пользователя компьютера, чего не скажешь о шинно-ориентированых подсистемах, построенных на контроллерах PCI IDE RAID.
Следует заметить, что ведущие производители IDE-дисков анонсировали выпуск дисков среднего класса с интерфейсом Serial ATA, в которых будут использоваться высокоуровневые технологии. Это должно благоприятно повлиять на их надежность и увеличить долю ATA-решений в системах хранения данных.
Что нам принесёт Serial ATA
Первое и самое приятное, что можно найти в Serial ATA — это кабель. В связи с тем, что интерфейс ATA стал последовательным, кабель стал круглым, а коннектор — узким. Если вам приходилось укладывать кабели параллельного IDE-интерфейса в системе на восемь IDE-каналов, я уверен, что вам понравится эта особенность. Конечно, уже давно существовали круглые IDE-кабели, но коннектор у них всё же оставался широким и плоским, да и максимально допустимая длина параллельного ATA-кабеля не радует. При построении систем с большим количеством дисков, наличие стандартного кабеля вообще не сильно помогает, так как кабели приходится делать самостоятельно, и при этом их укладка становится едва ли не главной по времени задачей при сборке.
Кроме особенности кабельной системы, в Serial ATA есть другие нововведения, которые для параллельной версии интерфейса реализовать самостоятельно с помощью канцелярского ножа и другого подручного инструмента не удастся. В дисках с новым интерфейсом скоро должна появиться поддержка набора инструкций Native Command Queuing (конвейеризации команд). При использовании Native Command Queuing, контроллер Serial ATA анализирует запросы ввода-вывода и оптимизирует очередность их выполнения таким образом, чтобы минимизировать время поиска. Достаточно очевидна схожесть идеи Serial ATA Native Command Queuing с организацией очереди команд в SCSI, правда, для Serial ATA будет поддерживаться очередь до 32 команд, а не традиционных для SCSI — 256. Появилась также родная поддержка горячей замены устройств. Конечно, такая возможность существовала и ранее, но её реализация была за рамками стандарта и, соответственно, не могла получить широкое распространение. Говоря о новых скоростных возможностях Serial ATA, следует заметить, что сейчас от них радости пока большой нет, но главное здесь то, что на будущее есть хороший Roadmap, реализовать который в рамках параллельного ATA было бы очень не просто.
Учитывая сказанное, можно не сомневаться, что доля ATA-решений в системах хранения начального уровня должна увеличиться именно за счёт новых дисков Serial ATA и систем хранения данных, ориентированных на использование таких устройств.
Куда идет параллельный SCSI
Все, кто работает с системами хранения данных, даже начального уровня, вряд ли могут сказать, что им нравятся системы с IDE-дисками. Главное преимущество ATA дисков — их низкая цена, по сравнению со SCSI-устройствами ну и еще, наверное, более низкий уровень шума. И происходит всё это по простой причине, так как SCSI-интерфейс лучше подходит для использования в системах хранения данных и пока значительно дешевле, чем еще более функциональный интерфейс — Fibre Channel, то и диски со SCSI-интерфейсом производятся более качественные, надёжные и быстрые, чем с дешёвым IDE-интерфейсом.
Сегодня многие производители при проектировании систем хранения с параллельным SCSI используют Ultra 320 SCSI, самый новый интерфейс в семействе. Некогда во многих Roadmap были планы по выпуску устройств с интерфейсом Ultra 640 и даже Ultra 1280 SCSI, но всё шло к тому, что в интерфейсе нужно что-то менять кардинальным образом. Параллельный SCSI уже сейчас, на этапе использования Ultra 320, многих не устраивает, главным образом по причине неудобства использования классических кабелей.
К счастью, недавно появился новый интерфейс Serial Attached SCSI (SAS). У нового стандарта будут интересные особенности. Он объединяет в себе некоторые возможности Serial ATA и Fibre Channel. Несмотря на эту странность, следует сказать, что в таком переплетении есть некий здравый смысл. Стандарт возник на основе физических и электрических спецификаций последовательного ATA с такими усовершенствованиями, как увеличение уровня сигнала для соответствующего увеличения длинны кабеля, увеличение максимальной адресуемости устройств. А самое интересное то, что технологи обещают обеспечить совместимость устройств Serial ATA и SAS, но только в следующих версиях стандартов.
Благодаря тому, что новый интерфейс предлагает использовать такой же миниатюрный коннектор, как и Serial ATA, у разработчиков появляется новая возможность по построению более компактных устройств с высокой производительностью. Стандарт SAS также предусматривает использование расширителей. Каждый расширитель будет поддерживать адресацию 64-х устройств с возможностью каскадирования до 4096 устройств в рамках домена. Это конечно значительно меньше, чем возможности Fibre Channel, но в рамках систем хранения начального и среднего уровней, с накопителями, напрямую подсоединенными к серверу, этого вполне достаточно.
Несмотря на все прелести, интерфейс Serial Attached SCSI вряд ли быстро заместит обычный параллельный интерфейс. В мире решений для предприятий разработки обычно ведутся более тщательно и, естественно, в течение большего времени, чем для настольных систем. Да и уходят старые технологии не очень быстро, так как период, за который они отрабатывают себя, тоже немаленький. Но всё же, в году 2004 устройства с интерфейсом SAS должны выйти на рынок. Естественно, сначала это будут в основном диски и PCI-контролеры, но ещё через годик подтянутся и системы хранения данных.
1 — Стандарт регламентирует расстояние до 10 км для одномодового оптоволокна, существуют реализации устройств для передачи данных на расстояние больше чем, 105 м.
2 — В рамках внутренней виртуальной топологии кольца работают концентраторы и некоторые коммутаторы FC, также существует много реализаций коммутаторов, которые обеспечивают соединение точка-точка любых устройств, подсоединенных к ним.
3 — Cуществуют реализации устройств со SCSI, FICON, ESCON, TCP/I, HIPPI, VI протоколами.
4 — Дело в том, что устройства будут взаимно совместимы (так обещают сделать в ближайшем будущем производители). То есть SATA-контроллеры будут поддерживать SAS-диски, а SAS-контроллеры — диски SATA.
Массовое увлечение NAS
Последнее время за рубежом отмечается просто-таки массовое увлечение NAS-накопителями. Дело в том, что с увеличением актуальности ориентированного на данные подхода к построению информационных систем увеличилась привлекательность специализации классических файл-серверов и формирование новой маркетинговой единицы — NAS. При этом опыт в построении подобных систем был достаточным для быстрого старта технологии накопителей, подсоединенных к сети, а стоимость их аппаратной реализации была предельно низкой. Сегодня NAS-накопители производят фактически все производители систем хранения данных, среди них и системы начального уровня за очень маленькие деньги, и среднего, и даже системы, отвечающие за хранение десятков Терабайт информации, способные обработать колоссальное количество запросов. В каждом классе NAS-систем есть свои интересные оригинальные решения.
NAS на основе PC за 30 минут
Мы хотим немного описать одно оригинальное решение начального уровня. О практической ценности его реализации можно спорить, но в оригинальности ему не откажешь.
По сути дела, NAS-накопитель начального уровня, да и не только начального, является достаточно простым персональным компьютером с неким количеством дисков и программной частью, которая обеспечивает доступ других участников сети к данным на файловом уровне. Таким образом, для построения NAS устройства достаточно взять указанные компоненты и соединить их между собой. Все дело в том, насколько качественно вы это сделаете, настолько же надежный и качественный доступ к данным получит рабочая группа, работающая с данными, доступ к которым обеспечивает ваше устройство. Именно учитывая эти факторы, а также время развёртывания решения, плюс некоторые дизайнерские изыскания строится NAS-накопитель начального уровня.
Другими словами, в случае профессионального подбора комплектующих и существования некого изначально настроенного набора программного обеспечения, можно достичь хорошего результата. Истина вроде банальная, это же можно сказать о любой задаче, которая решается по схеме готовых компонентных решений: «hardware» плюс «software».
Что предлагает сделать компания «X»? Формируется достаточно ограниченый список совместимых комплектующих: материнских плат со всем интегрированным хозяйством, нужных NAS-серверу начального уровня жёстких дисков. Вы покупаете устанавливаемый в IDE-разъём на материнской плате FLASH диск с записанным программным обеспечением и получаете готовый NAS накопитель. Операционная система и утилиты, записанные на этот диск, загружаясь, конфигурируют нужные модули адекватным образом. И в результате пользователь получает устройство, которое может управляться как локально, так и удаленно через HTML-интерфейс и предоставлять доступ к дисковым накопителям, подключённым к нему.
Файловые протоколы в современных NAS
CIFS (Common Internet File System) — это стандартный протокол, который обеспечивает доступ к файлам и сервисам на удаленных компьютерах (в том числе и в Интернет). Протокол использует клиент-серверную модель взаимодействия. Клиент создает запрос к серверу на доступ к файлам или передачу сообщения программе, которая находится на сервере. Сервер выполняет запрос клиента и возвращает результат своей работы. CIFS — это открытый стандарт, который возник на основе SMB-протокола (Server Message Block Protocol), разработанного Microsoft, но, в отличие от последнего, CIFS учитывает возможность возникновения больших таймаутов, так как ориентирован на использование в том числе и в распределённых сетях. SMB-протокол традиционно использовался в локальных сетях с ОС Windows для доступа к файлам и печати. Для транспортировки данных CIFS использует TCP/IP протокол. CIFS обеспечивает функциональность похожую на FTP (File Transfer Protocol), но предоставляет клиентам улучшенный (похожий на прямой) контроль над файлами. Он также позволяет разделять доступ к файлам между клиентами, используя блокирование и автоматическое восстановление связи с сервером в случае сбоя сети.
NFS (Network File System) — это стандарт IETF, который включает в себя распределенную файловую систему и сетевой протокол. NFS был разработан компанией Sun Microsystem Computer Corporation. Он первоначально использовался только в UNIX-системах, позже реализации клиентской и серверной чатей стали распространенными и в других системах.
NFS, как и CIFS, использует клиент-серверную модель взаимодействия. Он обеспечивает доступ к файлам на удаленном компьютере (сервере) для записи и считывания так, как если бы они находились на компьютере пользователя. В ранних версиях NFS для транспортирования данных использовался UDP-протокол, в современных — используется TCP/IP. Для работы NFS в интерент компанией Sun был разработан протокол WebNFS, который использует расширения функциональности NFS для его корректной работы во всемирной сети.
DAFS (Direct Access File System) — это стандартный протокол файлового доступа, который базируется на NFSv4. Он позволяет прикладным задачам передавать данные в обход операционной системы и ее буферного пространства напрямую к транспортным ресурсам, сохраняя семантику, свойственную файловым системам. DAFS использует преимущества новейших технологий передачи данных по схеме память-память. Его использование обеспечивает высокие скорости файлового ввода-вывода, минимальную загрузку CPU и всей системы, благодаря значительному уменьшению количества операций и прерываний, которые обычно необходимы при обработке сетевых протоколов. Особенно эффективным является использование аппаратных средств поддержки VI (Virtual Interface).
DAFS проектировался с ориентацией на использование в кластерном и серверном окружении для баз данных и разнообразных интернет-приложений, ориентированных на непрерывную работу. Он обеспечивает наименьшие задержки доступа к общим файловым ресурсам и данным, а также поддерживает интеллектуальные механизмы восстановления работоспособности системы и данных, что делает его очень привлекательным для использования в High-End NAS-накопителях.
Все дороги ведут к IP Storage
В системах хранения данных высокого и среднего уровня за последние несколько лет появилось очень много новых интересных технологий.
Fibre Channel сети хранения данных сегодня уже достаточно известная и популярная технология. В то же время, их массовое распространение сегодня является проблематичным из-за ряда особенностей. К ним можно отнести высокую стоимость реализации и сложность построения географически распределённых систем. С одной стороны — это всего лишь особенности технологии уровня предприятия, но с другой, если SAN станет дешевле, и построение распределённых систем упростится, это должно дать просто-таки колоссальный прорыв в развитии сетей хранения данных.
Рассказывая о новых технологиях в сетях хранения данных, мне хотелось бы остановиться на так называемых IP Storage решениях, накопителях, доступ к которым осуществляется с использованием IP-технологий. Более детально о iSCSI можно прочитать здесь — http://www.ixbt.com/storage/iscsi.shtml.
В рамках работы над сетевыми технологиями хранения данных в Internet Engineering Task Force (IETF) была создана рабочая группа и форум IP Storage (IPS) по направлениям:
FCIP — Fibre Channel over TCP/IP, созданный на базе TCP/IP туннельный протокол, функцией которого является соединение географически удаленных FC SAN без какого либо воздействия на FC и IP протоколы.
iFCP — Internet Fibre Channel Protocol, созданный на базе TCP/IP протокол для соединения FC систем хранения данных ли FC сетей хранение данных, используя IP инфраструктуру совместно или вместо FC коммутационных и маршрутизирующих элементов.
iSNS — Internet Storage Name Service, протокол поддержке имён накопителей в сети Интернет.
iSCSI — Internet Small Computer Systems Interface, это протокол, который базируется на TCP/IP и разработан для установления взаимодействия и управления системами хранения данных, серверами и клиентами (Определение SNIA — IP Storage Forum: www.snia.org).
Самым бурно развивающимся и самым интересным из перечисленных направлений является iSCSI.
iSCSI — новый стандарт
11 февраля 2003 года iSCSI стал официальным стандартом. Ратификация iSCSI обязательно повлияет на более широкий интерес к стандарту, который уже развивается достаточно активно. Быстрее всего развитие iSCSI послужит толчком к распространению SAN в малом и среднем бизнесе, так как использование соответствующего стандарту оборудования и подхода к обслуживанию (в том числе распространённого в рамках стандартных Ethernet сетей) позволит сделать сети хранения данных значительно дешевле. Что же касается использования iSCSI в Интернет, то сегодня здесь уже неплохо прижился FCIP, и конкуренция с ним будет трудной.
Новый стандарт охотно поддержали известные IT-компании. Есть, конечно, и противники, но всё же, практически все компании, которые активно участвуют в рынке систем начального и среднего уровня, уже работают над устройствами с поддержкой iSCSI. В Windows и Linux iSCSI драйверы уже включены, системы хранения данных iSCSI производит IBM, адаптеры — Intel, в ближайшее время подключиться к процессу освоения нового стандарта обещают HP, Dell, EMC.
Одной из очень интересных особенностей iSCSI является то, что для передачи данных на накопителе с интерфейсом iSCSI можно использовать не только носители, коммутаторы и маршрутизаторы существующих сетей LAN/WAN, но и обычные сетевые адаптеры Fast Ethernet или Gigabit Ethernet на стороне клиента. Правда, при этом возникают значительные накладные расходы процессорной мощности ПК, который использует такой адаптер. По утверждению разработчиков, программная реализация iSCSI может достичь скоростей среды передачи данных Gigabit Ethernet при значительной, до 100% загрузке современных CPU. В связи с чем рекомендуется использование специальных сетевых карточек, которые будут поддерживать механизмы разгрузки CPU от обработки стека TCP.
Виртуализация в сетях хранения данных
Ёщё одной важной технологией в построении современных накопителей и сетей хранения данных является виртуализация.
Виртуализация систем хранения данных — это представление физических ресурсов в некоем логическом, более удобном виде. Эта технология позволяет гибко распределять ресурсы между пользователями и эффективно ими управлять. В рамках виртуализации успешно реализуется удаленное копирование, моментальная копия, распределение запросов ввода-вывода на наиболее подходящие по характеру обслуживания накопители и множество других алгоритмов. Реализация алгоритмов виртуализации может осуществляться как средствами самого накопителя, так и с помощью внешних устройств виртуализации или же с помощью управляющих серверов, на которых работает специализированное программное обеспечение под стандартными ОС.
Это, конечно, очень малая часть того, что можно сказать о виртуализации. Эта тема очень интересна и обширна, поэтому мы решили посвятить ей отдельную публикацию.
