Как выбрать жесткий диск для сервера?

Можно часто видеть как производители рекламируют и продают жесткие диски как корпоративного и потребительского уровня по очень сходным ценам. Часто это приводит к тому, что клиенты не понимают, какой тип жесткого диска выбрать.

Разве это не легкая задача, купить жесткий диск? Чем отличаются жесткие диски? Стоит ли тратить дополнительные деньги на накопители Enterprise?

В нашей статье мы попытаемся дать ответы на эти вопросы, чтобы облегчить выбор и покупку такого важного устройства как жесткий диск.

Для чего используются настольные жесткие диски?

Жесткие диски для настольных ПК и ноутбуков, как правило, предназначены для запуска и работы ОС, работы офисных приложений, запуска игр и т.д. Которым требуется только программное обеспечение для чтения/записи данных на жесткий диск. Десктопные жесткие диски обычно используются в течении нескольких часов каждый день, и в большинстве случаев они находятся в режиме сна, выключенном состоянии в течении которых жесткий диск вообще не используется.

Для чего используются корпоративные жесткие диски?

От корпоративных жестких дисков ожидается что они будут работать 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Они не только полагаются на загрузку операционной системы и приложений, но также могут предоставлять приложения и/или службы для хранения в сети. Это требует хранения большой емкости данных, которое всегда доступно и надежно. Например, корпоративная система хранения может использовать четыре диска в конфигурации RAID 10 для операционной системы и может использовать много дисков для конфигурации нескольких массивов RAID 5 или RAID 6 для хранения данных клиента. Корпоративная система хранения будет не только выполнять задачи операционной системы хранения и приложений локально, но также будет поддерживать запросы клиентов в течении 100% времени.

Диски уровня Enterprise также включают внутренние механизмы, которые обеспечивают более быстрый доступ к данным и их поиск. Эти функции включают в себя более тяжелые магниты привода, более высокие скорости вращения шпинделя, более плотные магнитные носители и более быстрые электронные компоненты привода с большей кэш-памятью и более высокой скоростью вращения микропроцессора жесткого диска.

 

Корпоративный жесткий диск должен удовлетворять жесткие требования в:

Надёжности. Невосстановимая потеря данных может обернуться многомиллионными убытками и репутационными потерями.

Производительности. Серверы априори предназначены для обработки многочисленных запросов.

Времени отклика. Пользователи не должны ждать, пока серверный диск «пробудится» и обработает их запросы.

 

Далее рассмотрим четыре основных типа жестких дисков:

SATA (обычные, клиентские SATA) — частота вращения шпинделя 5400 и 7200 об/мин.

SATA Enterprise — здесь частота вращения шпинделя 7200 об/мин, также присутствует поддержка команд RAID-контроллера.

SAS Near Line (SAS NL) — частота вращения шпинделя 7200 об/мин, интерфейс подключения SAS.

SAS Enterprise — частота вращения шпинделя 10 000 или 15 000 об/мин.

 

Какой интерфейс выбрать SATA или SAS?

Интерфейс SATA является развитием IDE, который позднее был переименован в PATA. То есть этот интерфейс изначально ориентирован на использование в бытовых компьютерах, а также в промышленных системах с умеренными требованиями к производительности и надёжности. В то же время SAS — это наследник классического «серверного» интерфейса SCSI.



Изначально интерфейс SAS имел более высокую пропускную способность, чем SATA. Но прогресс не стоит на месте, и третье поколение SATA III имеет максимальную пропускную способность на уровне 6 Гбит/сек, как и второе поколение SAS. В то же время на рынке доступны серверы с SAS-контроллером третьего поколения, с пропускной способностью до 12 Гбит/сек.

Для подключения SAS-дисков сервер должен быть оснащён соответствующим контроллером. При этом обеспечивается обратная совместимость интерфейсов: к SAS-контроллеру можно подключить SATA-диски, а наоборот — нельзя.

SAS обеспечивает полнодуплексный обмен данными: жёсткий диск единовременно обрабатывает по одной команде на чтение и запись, а SATA-диск — либо на чтение, либо на запись. Но это преимущество будет заметно только при большом количестве дисков, если сравнивать SAS NL и SATA RE.

В промежуточном итоге, можно сказать что: SATA-диски хороши для создания объёмных хранилищ, от которых не требуется максимальной производительности. В случае, когда вам нужно получить от дисковой подсистемы максимум, то однозначно, ваш выбор — SAS.

Сразу внесём ясность — обычные SATA для десктопных ПК, не предназначены для использования в серверах.

Тому есть несколько причин:


Конечно, стоимость обычных десктопных SATA существенно ниже, чем у серверных, и ничто не мешает использовать их под мелкие задачи, не требующие высокой производительности дисковой подсистемы. Если же сохранность и скорость доступа к данным стоит на первом месте, то всё же настоятельно рекомендуем брать серверные ЖД.

Устойчивость к вибрациям

Для решения более-менее требовательных задач нет смысла ставить только один диск. Чтобы обеспечить минимальный уровень надёжности хранения данных, нужно не менее двух накопителей, объединённых в RAID. Но когда в корзине собрано 4 и более устройств, то возникающие от их работы вибрации влияют на стабильность вращения шпинделей и точность позиционирования головок. Поэтому серверные жёсткие диски имеют ряд конструктивных отличий от бытовых:


Бытовые диски всего этого лишены. При достаточно сильном уровне вибрации вероятность возникновения ошибок чтения/записи у обычных SATA на 50% выше, чем у SATA RE.

Уровень невосстановимых ошибок

Следующее отличие серверных жёстких дисков от бытовых — уровень невосстановимых ошибок. У обычных SATA он составляет примерно 10-14 (1 бит на каждые считанные 1014 бит=12,5 терабайт). То есть при шестикратной перезаписи двухтерабайтного диска вы почти наверняка получите одну невосстановимую ошибку. Для бытовых дисков это не проблема. Но если вы каждый месяц переписываете базу данных, то через полгода она может оказаться битой.

Вероятность возникновения невосстановимой ошибки = (N * (X / 12500 * 12500) / 12500) * 100%

Где:

N — количество дисков в RAID-массиве,

X — объём одного диска в гигабайтах,

12500 — количество бит, на которое приходится 1 невосстановимая ошибка, выраженное в гигабайтах.

Допустим, вы создали массив RAID 5 из 1-терабайтных обычных SATA. При ребилде массива вы получите невосстановимую ошибку с вероятностью 40%.

Вероятность возникновения невосстановимой ошибки = (5 * (1000 / 12500 * 12500) / 12500) * 100% = 40%.

А если вы используете 600-гигабайтные диски, то вероятность epic fail при ребилде составляет 24%:

Вероятность возникновения невосстановимой ошибки = (5 * (600 / 12500 * 12500) / 12500) * 100% = 24%.

У SATA RE и SAS NL уровень невосстановимых ошибок равен 10-15, то есть на порядок меньше, чем в обычных SATA. Тогда в нашем примере с RAID 5 получаем:

Для 1-терабайтных дисков вероятность ошибки = 4%.
Для 600-гигабайтных дисков вероятность ошибки = 2,4%.

У SAS-дисков уровень невосстанавливаемых ошибок ещё ниже — 10-16:

Для 1-терабайтных дисков вероятность ошибки = 0,4%.
Для 600-гигабайтных дисков вероятность ошибки = 0,24%.

Обратите внимание: вероятность возникновения ошибки пропорциональна количеству дисков в RAID-массиве.

Каким образом в SAS-дисках обеспечивается более низкий уровень ошибок? Magic.

Размер сектора в SATA-дисках — 512 байт, в SAS-дисках — 520 байт. Дополнительные 8 байт используются для сквозной проверки чётности.

Другие алгоритмы чтения.

Дополнительные алгоритмы восстановления данных без участия контроллера.

Работа в RAID-массиве

Ещё один важный недостаток обычных SATA — отсутствие функции устранения ошибок при работе в RAID-массиве. Допустим, вы понадеялись на бэкап, и ради экономии построили RAID из обычных SATA. При возникновении ошибки жёсткий диск многократно пытается считать сбойный блок. И пока он это делает, он не отвечает на сигналы RAID-контроллера. Тот воспринимает это как выход жёсткого диска из строя, исключает его из массива и пытается восстановить. Иными словами, при возникновении ошибки из массива выпадает весь диск.

В случае с SATA RE, SAS NL и SAS ситуация будет развиваться иначе. Обнаружив ошибку, диск сообщает контроллеру о наличии сбойного блока. Контроллер запрашивает этот блок у других дисков в массиве и передаёт на сбойный диск. При этом устройство не выпадает из массива, и падения производительности не происходит.

Нужно ли использовать фирменные корпоративные жесткие диски на OEM-серверах?

В продаже есть жесткие диски корпоративной серии Dell, HPE и IBM. На самом деле эти компании не производят жесткие диски. В мире существует всего три производителя жестких дисков, компании-производители серверного оборудования покупают жестки диски отвечающие спецификациям оборудования и продают под своим брендами. Делается это в первую очередь для упрощения оптовых закупок оборудования, когда нужно оперативно укомплектовать серверные системы.

Заключение

Корпоративные и десктопные жесткие диски внешне очень похожи, принцип  их работы тоже кардинально не отличается. В то же время серверный жесткий диски отвечают повышенным требования к надежности и скорости передачи данных, и обладают дополнительными механическими функциями и обновлениями встроенного программного обеспечения. Поэтому, вопрос покупать ли диски корпоративного класса для серверного оборудования, становится риторическим. 

Окончательный выбор использовать или нет корпоративные диски для сервера или СХД остается за клиентом. Мы же, однозначно рекомендуем диски Enterprise как проверенное и надежное решение.