Семейство накопителей Seagate IronWolf: теперь и твердотельные
Были времена, когда накопители на жестких магнитных дисках (а других емких и быстрых накопителей для хранения и оперативной обработки информации на рынке почти и не было) считались исключительно «компьютерными», причем делились на «десктопные» и «ноутбучные». Точнее, сначала и не делились —ввиду преобладания настольных ПК. Но, по мере такого, как портативные компьютеры становились все более и более заметными, винчестеры для них становились все более и более важным товаром, для которого пришлось выделить отдельную категорию. Впрочем, и «выделение»-то оказалось простым и грубым — что в ноутбуки физически установить можно было, то и «ноутбучное». В настольном ПК такие модели тоже можно было использовать всегда —, но не имело смысла: необходимое уменьшение габаритов достигалось ценой снижения емкости и производительности, но при более высокой цене в прямом смысле. Традиционно во вторую группу последние лет 25 попадали винчестеры с пластинами диаметром 2,5 дюйма и меньше, а в первую — 3,5 дюйма и больше. Позднее «и больше» отмерло естественным образом, зато в сегменте высокопроизводительных накопителей (отпочковавшемся именно от «десктопных» — больше не откуда было) появились стимулы уменьшить пластины, но не уменьшая механику и высоту корпуса, так что деление стало выглядеть немного более сложным, но основным «водоразделом» оставались физические габариты. Благо интерфейсы подключения, например, могли быть разными тоже только в мире «больших» винчестеров, а какие-то специализированные прошивки для определенных типов устройств были не нужны — ввиду малого количества этих самых типов.
Такое положение дел сохранялось долгое время, но к настоящему моменту изменилось радикально — и по многим направлениям. Во-первых, заметную долю рынка начали занимать твердотельные накопители (физически-то появились они больше 40 лет назад, но большую часть своей истории на какую-то массовость не претендовали), а в их случае многие параметры от форм-фактора просто не зависят. Во-вторых, компьютеры перестали быть единственной «целевой аудиторией» некогда «компьютерных» накопителей — причем всех типов. А в новых последние успели даже и «повоевать», причем даже с разными результатами — об аудиоплеерах на винчестерах, к примеру, уже многие и не помнят, а ведь одно время продавались лучше всех. Но, в то же время некоторые из таких «новых» сегментов стали стратегически более важными, нежели традиционные, хоть на них и похожи. Соответственно, требуют они специализированных решений. И одним из таковых являются сетевые накопители или, попросту, NAS (что как раз и является аббревиатурой от Network Attached Storage). Причем требуют они разных решений — поскольку и являются… разными.
NAS — домашние и «дикие»
В принципе, зачастую NAS относят к решениям для дома и малого бизнеса — противопоставляя их «серьезным» сетевым «хранилкам» уровня корпораций. На самом деле, разница между этими направлениями в последнее время сокращается, хотя шли они к этому немного разными путями.
Самый большой проделали как раз SOHO NAS, поскольку их когда-то вообще не было. Но не из-за какой-то вредности производителей — просто они были не нужны :) Во времена неразвитости глобальных сетей, обычный ПК был не просто «центром цифровой вселенной» с точки зрения пользователя, а изолированным центром — где и хранились все его данные. Для чего требовались винчестеры —, но хотя бы один и был в любом ПК всегда. В дальнейшем его можно было менять на более емкий или просто докупать дополнительные — все это не выходило за рамки обычного «компьютерного» использования. А само оно предполагало сеансный режим использования: включил-поработал-выключил. И все «обслуживание» системы хранения также проводилось в это время, причем непосредственно пользователем — каждый из которых в те годы был «сам себе немножко админом». Причем появление и распространение ноутбуков на это изначально не слишком повлияло — просто в домовладении появилось еще несколько компьютеров (а то и всего один), снабженных небольшим объемом дисковой памяти, так что иногда и приходилось обмениваться данными и с «главным» ПК. Но точно также — эпизодически и под непосредственным управлением пользователя.
Развитие интернета быстро привело к тотальному изменению концепции «потребления контента», а также и появлению ориентированных именно на это устройств — и серьезному изменению существующих. При этом «свои» данные пользователям по-прежнему хранить где-то нужно — и желательно «под рукой». Но настольные компьютеры (также ставшие уже «одними из многих» — и многими не используемые) для этого подходят слабо. Занять место основного хранилища ноутбуку практически невозможно — по описанным выше причинам, носители данных в портативных ПК очень плохо масштабируются. При этом желательно, чтоб какие-то данные были доступны в любой момент времени и с любого устройства — от телевизора до мобильного телефона. Следовательно, нам нужно отдельное устройство, вмещающее большое количество накопителей, включенное постоянно и доступное как минимум посредством локальной (а в идеале — и глобальной) сети. Т. е. небольшой такой сервер. Как минимум, поддерживающий простые протоколы передачи файлов в локальной сети и хранение таковых, но способный обеспечить и более развитую функциональность. Начиная от банальной работы с теми же файлами через интернет (от интеграции с облачными хранилищами, до пресловутых торрентов) и заканчивая выходящими за рамки «просто хранилища» сервисами — почтовый сервер, система видеонаблюдения, центральный узел «умного дома» и так далее.
Фактически это означает, что в настоящее время потребности домашних пользователей в чем-то начали совпадать и с запросами организаций. В последних выделенные файловые (и не только) серверы использовались и три-четыре десятилетия назад. Но есть и важный нюанс — в крупной компании всегда найдется дежурный администратор, который будет следить за состоянием системы и, при необходимости, решать проблемы. В небольшой же компании (или удаленном филиале большой) реализовать это крайне сложно (хотя бы по финансовым соображениям), а в домашних условиях — просто невозможно. Соответственно, первичная настройка и эксплуатация NAS должны быть простыми, а диагностика проблем возлагается на само устройство — нет постоянно следящего за ним оператора. По крайней мере, непосредственно на месте. В идеале же отказы не должны происходить вообще, но, если уж неприятность грозит случиться — ее стоит попытаться спрогнозировать заранее (и автоматически). И, в любом случае, необходимо проработать все механизмы для того, чтобы ущерб был минимальным. А это означает, что носителем данных должен быть отказоустойчивый массив накопителей — все остальные варианты ограничено пригодны лишь для небольшого количества случаев. Да и организацию резервного копирования критически важных данных разработчик должен заранее продумать не только в направлении «на NAS» (это вообще одна из базовых и необходимых функций), но и «с NAS» куда-либо (например, в облако).
Все это, повторимся, нужно и «обычным пользователям», и небольшим компаниям, и крупным корпорациям. Все отличия, разве что, в том, что последние могут решать проблемы и другими способами —, но поскольку это дороже, особым желанием поступать так не горят. В итоге NAS применяются ныне и компаниями с собственными дата-центрами, не говоря уже о прочих :) Просто немного разные требования — что приводит к появлению разных моделей. Например, привычной градацией является разбиение рынка по количеству накопителей — хотя бы потому, что разным потребителям нужны разные объемы данных. Однодисковые модели (в т. ч. и в «вырожденном случае» — подключенный к USB-порту SOHO-маршрутизатора внешний винчестер) до сих пор изредка встречаются в бытовом сегменте, но «полноценными» NAS они, строго говоря, не являются — не обеспечивая нормальную отказоустойчивость. Так что традиционно считается, что «домашние» модели рассчитаны на 2—4 (реже — 5—6) накопителей, предназначенные для малого офиса — на 4—8, а все, что больше (включая и стоечное исполнение) — это корпоративный сегмент. На самом деле, это довольно грубое разбиение, не учитывающее функциональных требований и рабочей нагрузки. Шестидисковый NAS может стоять и дома в шкафу, причем одновременно с ним будут работать не более двух-трех клиентов (да и то низкоскоростных), а суммарная рабочая нагрузка в месяц не превышать 10 ТБ. В то же время где-нибудь в удаленном офисе крупной компании может оказаться и двухдисковая модель. Несмотря на это — вдвое более дорогая, чем в предыдущем случае, поскольку дополнительные деньги уйдут на расширенную функциональность, ненужную домашнему пользователю (например, способность NAS в пределах одной сети работать совместно). И, главное, количество одновременно работающих пользователей может начать исчисляться десятками, а те же 10 ТБ нагрузки они будут генерировать не за месяц, а за неделю (если не быстрее).
Разумеется, эти нюансы нужно учитывать не только производителям NAS, но и поставщикам носителей данных для них. Что последние и делают.
Семейство Seagate IronWolf — специально для NAS
В частности, рассмотрим решения Seagate. Какие общие требования предъявляются к накопителям, независимо от конкретного сегмента рынка NAS? Во-первых, это оптимизация под круглосуточную работу. В то время, как винчестеры в домашнем компьютере обычно используются «от случая к случаю», а рабоче-офисный эксплуатируется в режиме 8/5, нормальным (даже единственным) «образом жизни» накопителя в NAS является 24/7 и никак иначе. Во-вторых, выше мы условились однодисковые накопители к NAS не относить, так что вторым существенным требованием является нормальная работа в массиве. Это не так просто, как кажется — оптимизация прошивок вопрос понятный, но кроме нее в компактных многодисковых NAS приходится учитывать и вибрацию. В «обычном ПК» обычно стоял один винчестер, иногда два, иногда больше —, но всегда в достаточно свободных условиях. В компактной же «коробочке» с четырьмя-восемью дисками приходится учитывать и их влияние друг на друга. Как минимум, чтоб устройства одной линейки не входили в резонанс, как максимум — чтоб «подстраивались» под условия работы. Для чего требуются разнообразные датчики вибрации, их поддержка прошивками —, а также «тесное» взаимодействие последних с прошивкой конкретного NAS. Причем и средства расширенной диагностики должны также работать в комплексе — и со стороны накопителей, и со стороны самого NAS.
Последнее как раз реализовано во встроенном ПО IronWolf Health Management (IHM) — на данный момент поддерживаемом практически всеми ведущими производителями NAS в прошивках своих устройств. Последним его использование «открывает» доступ ко всем внутренним датчикам винчестера, а также позволяет отслеживать более 200 его параметров — в то время, как традиционный S.M. A.R.T. ограничен лишь 20. Да и то — в последнем случае проверка слишком простая: «хорошо/плохо» и только на текущий момент. IHM позволяет оценивать состояние накопителя в течение длинного временного промежутка, причем более тонко. Естественно, для прогнозирования возможных проблем этот метод подходит намного лучше, почему это изначально фирменное расширение поддерживают, как уже сказано, все производители NAS и практически во всех моделях для самых разных сегментов — от чисто домашних до старших корпоративных.
Разумеется, все винчестеры Seagate для NAS оптимизированы для работы в массивах и под многопользовательскую нагрузку. Причем как раз эти два фактора и «разбивают» их на отдельные линейки. Например, самыми простыми являются IronWolf, предназначенные для хранилищ с числом отсеков до восьми и суммарной нагрузкой 180 ТБ в год. В линейку входят винчестеры, емкостью от 1 до 16 ТБ. Правда младшие модели (1—3 ТБ), надо заметить, не слишком «интересны технологически», поскольку лишены датчиков вращательной вибрации и поддержки IHM, но ориентированы они на бюджетные персональные системы, а в данном случае цена, все-таки, очень важна. Впрочем, и старшие модели недороги, снабжены трехлетней гарантией и имеют среднее время наработки на отказ в 1 миллион часов. Т. е. неприхотливые «рабочие лошадки» для дома или малого бизнеса.
В более серьезных случаях (когда нагрузка может достигать 300 ТБ/год) компания рекомендует использовать винчестеры IronWolf Pro, имеющие емкость от 2 до 16 ТБ. В них уже технологических ограничений не бывает, а срок гарантии расширен до пяти лет (среднее время наработки на отказ тоже увеличилось — до 1,2 миллиона часов). Также в этом семействе практически отсутствуют ограничения на количество отсеков в накопителе — 24 диска это и само по себе редкость, не говоря уже о больших количествах. Впрочем, понятно, что оно и само по себе достаточно гибкое — никто не мешает установить обычный IronWolf в NAS с 12 отсеками и он будет там прекрасно работать, но IronWolf Pro в таких условиях может чувствовать себя лучше. Вот рекомендованный уровень нагрузок превышать не желательно — согласно исследованиям компании, в таком случае вероятность выхода винчестера из строя значительно возрастает.
Поэтому для наиболее нагруженных корпоративных систем (до 550 ТБ/год) компания рекомендует использовать винчестеры семейства Exos, емкость которых также доведена уже до 16 ТБ. Без необходимости же «гоняться» за ними не стоит — диски оптимизированы именно под корпоративные системы хранения данных, так что, например, не поддерживают IHM — в этом сегменте используются другие механизмы.
IronWolf HDD vs. IronWolf… SSD?
Выше мы говорили только о винчестерах, что немудрено — именно этот тип накопителей давно и плотно «прописался» в NAS самого разного уровня. И в ближайшее время положение дел не изменится — требования к емкости растут постоянно, но и влияние цены на спрос никто не отменял, а по относительной стоимости хранения терабайта данных винчестеры на пластинах, диаметром 3,5″ вне конкуренции. Именно поэтому практически все современные NAS снабжены отсеками под таковые. Причем пока сети оставались не слишком быстрыми, а многопользовательские нагрузки встречались лишь в некоторых сферах применения NAS, такому положению дел ничто не угрожало. Но в последнее время появились нюансы.
Поэтому компания весной анонсировала и первое в мире семейство SSD, созданных специально для NAS. Как и следовало ожидать, модели IronWolf 110 имеют SATA-интерфейс, так что совместимы и с уже существующими NAS. Емкость в линейке — от 240 ГБ до весьма внушительных 3,84 ТБ. Гарантия — пятилетняя с ограничением полного объема записи (TBW) в 435 ТБ на каждые 240 ГБ емкости, что для старшей модели дает, например, уже внушительные 7 ПБ. Да и применительно к младшим — гарантийный ресурс примерно в 3–4 раза превышает свойственный моделям «бытового» назначения.
С другой стороны, сразу видно, что прямой конкуренции между твердотельными и механическими накопителями в линейке IronWolf нет. Хотя бы потому, что максимальная емкость различается в четыре раза, да еще и за разные деньги. Кроме того, внушительный (по меркам рынка бытовых твердотельных накопителей) «гарантийный» ресурс записи все равно ограничен — в отличие от винчестеров, где такого понятия просто нет. Но есть проблема производительности.
Ее можно оценить при помощи тестов. Как видим, за пять лет существования семейства IronWolf скорость последовательного чтения и записи лучших его моделей практически не изменилась. На внешних дорожках, разумеется — в конце диска речь идет лишь о немногим более 100 МБ/с. Но вспоминаем, что диски обычно используются в массивах —, а такие операции неплохо масштабируются по количеству накопителей. И, в любом случае, даже одиночный винчестер даже на внутренних дорожках способен полностью загрузить работой гигабитный Ethernet — до сих пор самую массовую из скоростных (относительно) сетевых сред. Но и при переходе к более быстрым протоколам мы не так уж много можем выиграть от перехода на SSD: у младшего IronWolf 110 скорость записи даже ниже, чем у винчестеров. Старшие побыстрее, но все равно речь идет о сопоставимых цифрах. В общем, для «персонального» NAS SSD не нужны.
Все меняется, как только мы переходим к многопользовательской нагрузке, т. е. когда клиенты начинают писать и читать данные одновременно и «вперемешку». Пару потоков винчестеры выдерживают неплохо — отстают, конечно, в полтора-два раза от SSD, но мириться с этим можно. А вот при дальнейшем росте нагрузки она вырождается в совсем уж хаотичную — чего винчестеры очень «не любят». Да и RAID-массивы увеличить именно ее не позволяют — все упирается в задержки со стороны одного конкретного винчестера, на котором и окажется нужный в данный момент кусочек файла. Поэтому те же 55 МБ/с мы получим в любом случае — и не больше, поскольку тут может помешать интерфейс (хотя абсолютная скорость и ниже возможностей гигабита), да и тестировались самые быстрые винчестеры в самой быстрой области. А у твердотельного накопителя подобных проблем просто нет — он позволяет получить на порядок более высокую производительность. И выигрыш будет тем более заметен, чем больше нагрузка.
Все переходим на SSD? Вспоминаем сказанное выше — удельная стоимость хранения информации существенно возрастает. Остаемся на винчестерах? Начинают возникать проблемы с производительностью — тем более заметные, чем быстрее становятся сетевые интерфейсы и чем интенсивнее используется NAS (грубо говоря, скорости не хватает тем больше, чем больше она нужна). Выход? Гибридные системы! Например, когда твердотельные накопители используются для кэширования чтения и записи, «разгружая» этим массив жестких дисков. Или режим тиринга (поддержка которого уже появилась во многих NAS) — когда файлы распределяются между накопителями разных типов в зависимости от частоты обращения к ним (в сущности, то же кэширование, но на более высоком уровне). Ну, а для наиболее требовательных к производительности системы хранения данных задач можно использовать и NAS, «упакованный» только SSD.
Производители NAS о реализации всех этих возможностей задумались давно — благо и соответствующие требования у части пользователей возникли не менее давно. Поэтому твердотельные накопители в NAS уже применяются. Просто, как и в случае с винчестерами, нужно было сделать следующий шаг: от использования SSD в NAS перейти к SSD, разработанными специально для NAS. Этот шаг в Seagate и сделали, выпустив в этом году IronWolf 110 — он не заменяет остальные IronWolf, а дополняет их. Поддерживая, тем не менее, аналогичные функции — в частности, технологию AgileArray (под этим названием и скрываются фирменные оптимизации для работы в массивах и многопользовательских нагрузок). Более того — на ближайшее время запланирована и реализация поддержки IronWolf Health Management в прошивках для IronWolf 110. И, разумеется, эти SSD рассчитаны на режим работы 24/7.
Итого
Когда компания анонсировала линейку IronWolf, в нее входили только винчестеры, причем максимальная их емкость ограничивалась 10 ТБ. Как видим, за три года и «традиционные» для NAS носители заметно подросли — сейчас доступны и 16 ТБ. Но это эволюционное развитие. Революционным является расширение семейства, путем включения в него твердотельных накопителей, также специально разработанных для использования в NAS. И позволяющее сделать более комфортным само по себе использование NAS. Для чего, в общем-то, созданы и все модели Seagate IronWolf любых модификаций.
Полный текст статьи читайте на iXBT
