Гибридные диски для серверов
Как выбрать диски для сервера? Ведь необходимо учесть целый ряд факторов, таких как повышенная надежность, высокая скорость работы, а также, что сегодня особенно актуально — доступная цена. Классические жесткие диски дешевы, но даже модели со частотой вращения шпинделя в 10 и 15 тысяч оборотов в минитут зачастую не могут обеспечить достаточный уровень производительности. Постоянно растущая плотность консолидации вычислительных ресурсов требует соответствующего роста производительности дисковой подсистемы, что в полной мере могут обеспечить только твердотельные накопители на основе флеш-памяти (SSD). К сожалению, не смотря на ежегодный рост объёмов и производительности таких накопителей сравнительно высокое соотношение цена/объём во многих случаях не позволяет полностью перейти на SSD.
Альтернативой полному переходу на SSD по-прежнему являются гибридные решения с использованием SSD в качестве кэша или в качестве высокопроизводительного слоя в более сложных системах ярусного хранения. При этом использование даже простого кэширования требует установки дополнительных программных продуктов или приобретения оборудования, поддерживающего SSD-кэш. Задачу по упрощению внедрения гибридных решений можно решить путем использования, гибридных дисков (SSHD), совмещающих в общем корпусе обычный механический HDD, флеш-память и программный слой, управляющий кэшированием. По сути, интегрированная флеш-память служит для гибридного диска в качестве кэша второго уровня, в котором может поместиться значительно больший объем данных, чем в стандартном кэше. Специальные алгоритмы анализируют частоту обращения к тем или иным данным на диске. Наиболее востребованные данные копируются во флеш-память. Чем больше объем флеш-памяти, тем больше данных может быть на нее записано для обеспечения быстрого доступа к ним.
Стимулом для распространения на рынке первых SSDHD стала поддержка технологии кэширования в операционных системах, хотя современные SSHD-диски управляют процессом кэширования самостоятельно. Поскольку гибридные диски выпускаются в стандартных форм-факторах и внешне ничем не отличимы от обычных, они все чаще находят применение в настольных ПК и ноутбуках, однако на серверах они пока не столь распространены.
Компанию Seagate можно назвать пионером в области создания гибридных SSHD-дисков. В 2007-м году появились 2,5-дюймовые диски Seagate Momentus PSD объемом 80, 120 и 160 гигабайт, предназначенные для использования в настольных системах. Первые гибридные SSHD-модели для серверов появились в 2013 году, они были изготовлены по заказу компании IBM и предназначались для серверов System X. Сегодня для корпоративных заказчиков компания представляет линейки гибридных дисков Seagate Enterprise Performance 10k HDD v8 и 15k HDD v5 с технологией TurboBoost. Их особенность заключается в том, что, помимо обычного дискового кэша объемом 128 мегабайт, разработчики также интегрировали 32 гигабайта флэш-памяти eMLC NAND для кэширования чтения, а также 8 мегабайт энергонезависимой NVRAM для кэширования записи. Напомним, что память eMLC обладает в несколько раз более высоким ресурсом по количеству циклов перезаписи по сравнению с памятью типа MLC, она уже активно применяется в SSD-накопителях для серверного применения. Технологию TurboBoost можно сравнить с SSD-кэшированием в SAS RAID-контроллерах, однако, в отличие от последней, она является полностью независимой от других компонентов дисковой подсистемы — диск с TurboBoost не требует установки дополнительного программного обеспечения или использования специального оборудования.
В качестве конкретных примеров рассмотрим две модели — ST1800MM0088 и ST600MX0052. Оба диска выполнены в традиционном форм-факторе — 2,5-дюймовый корпус высотой 15 мм, и поддерживают интерфейс SAS3 (12 Гбит/сек). Модель ST1800MM0088 выпускается с объемом 1,8 терабайт, с 4 пластинами, 8 головками и скоростью вращения шпинделя 10 тысяч оборотов в минуту. Модель ST600MX0052 имеет меньший объём — 600 гигабайт (3 пластины, 6 головок) при скорости вращения шпинделя 15 тысяч оборотов в минуту. Оба диска выпускаются с кэшем в размере 128 мегабайт, а также 32 гигабайтами NAND-памяти eMLC. Производителем заявлены следующие параметры производительности: для ST600MX0052 — последовательный доступ 180–246 Мб/сек, при среднем уровне задержки в 2 миллисекунды, а для ST1800MM0088 — последовательный доступ 117–241 МБ/с, при среднем уровне задержки в 2,9 миллисекунды.
Seagate ST1800MM0088
Seagate ST600MX0052
Тестирование* показало следующие особенности данных дисков:
- 15-ти кратный прирост производительности (случайный доступ, 100% чтение)
- 60%-ный прирост производительности (случайный доступ, 65% чтение, 35% запись)
- 15%-ный прирост (случайный доступ, 35% чтение, 65% запись)
*Указан прирост производительности для диска ST600MX0052 (600 ГБ, 15 тыс. об/мин) при наполнении кэша. Дополнительные параметры тестирования: блок — 4096 байт, глубина очереди — 32, FIO 2.1.14.
Диск Seagate ST600MX0052. Рост производительности случайного доступа малыми блоками при наполнении кэша.
В целом, гибридные диски Seagate Enterprise Performance с технологией TurboBoost могут использоваться в критически важных серверных системах и СХД в качестве замены обычных жёстких дисков. При подходящей нагрузке (случайный доступ малыми блоками, преимущественное чтение) они могут обеспечить значительный прирост производительности без необходимости внедрения отдельных технологий SSD-кэширования.
Текст подготовлен по материалам тестирования компании True System.
