Как выбрать жёсткие диски для серверов?08.06.2016 12:48

В IT-области существует множество мифов. «От спама можно отписаться», «Два антивируса лучше, чем один», «Серверные жёсткие диски должны быть только фирменными». При замене и расширении парка ЖД нужно учитывать немало нюансов и тонкостей, и без своих предубеждений здесь тоже не обошлось. Какие бывают ЖД для серверов, чем они отличаются, на что нужно обращать внимание, и должны ли они быть с логотипом производителя сервера — об этом читайте под катом.
Если диск установлен в сервер, то он должен удовлетворять жёстким требованиям по:

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.

Иными словами, жёсткий диск в сервере должны быть как пионер — всегда готов обрабатывать многочисленные запросы с минимальным уровнем задержки, обеспечивая высокий уровень сохранности данных. В высоконагруженных серверах жёсткие диски годами работают интенсивно и безостановочно.

Существует четыре основных категории (не берем в расчёт SSD, SAS SSD, PCI-e SSD) жёстких дисков:

SATA (обычные, «бытовые» SATA) — частота вращения шпинделя 5400 и 7200 об/мин.
SATA RAID Edition (SATA RE) — частота вращения шпинделя 7200 об/мин, поддержка команд RAID-контроллера.
SAS Near Line (SAS NL) — частота вращения шпинделя 7200 об/мин.
SAS Enterprise — частота вращения шпинделя 10 000 или 15 000 об/мин.

Прежде всего, необходимо определиться с интерфейсом подключения — SATA или SAS.

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. Однако на рынке уже 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.

Если подвести промежуточный итог: SATA-диски хороши для создания объёмных хранилищ, от которых не требуется максимальной производительности. А если вам нужно выжать из дисковой подсистемы всё возможное, то ваш выбор — SAS.

Скажите «нет» обычным жёстким дискам

Сразу внесём ясность — обычные SATA не предназначены для использования в серверах. Тому есть несколько причин:

Низкая устойчивость к вибрациям.
Высокий уровень невосстанавливаемых ошибок.
Отсутствие поддержки команд аппаратных RAID-контроллеров.

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:

Усиленный вал шпинделя, более устойчивый к внешним воздействиям.
Дополнительный контроль вибрации.
Технологии, существенно повышающие точность позиционирования и высоту полёта головок над поверхностью «блинов».
Богатые возможности самодиагностики, позволяющие вовремя уведомить о скором выходе диска из строя.

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.

Миф о брендах

Наконец, самый главный вопрос: нужно ли покупать «родные» диски?

Не секрет, что HP, IBM и DELL жёсткие диски не производят. Они покупают их у сторонних производителей, после чего тестируют, перепрошивают и клеят свои логотипы.

C одной стороны, такие диски имеют ряд преимуществ:

прошивка (firmware) учитывает особенности контроллеров тех или иных моделей серверов,
дополнительный контроль качества и проведение стресс-тестов уменьшают вероятность приобретения экземпляров со скрытыми дефектами,
на «фирменные» диски предоставляется гарантия вендора и полноценная поддержка.

Но за всё хорошее приходится платить — «родные» жёсткие диски продают примерно в два-три раза дороже, чем те же самые модели, но с логотипами производителей — Seagate, Western Digital, Toshiba, HGST.

Как вы понимаете, такая разница в цене далеко не для всех оправдывается обещаниями повышенной надёжности. Поэтому наверняка многие слышали о том, что «неродные» жёсткие диски работают в серверах HP, IBM и DELL нестабильно или слишком медленно. Кто-то даже пугает, что с «левыми» дисками сервер не заведётся.

Откуда растут ноги у этих утверждений?

В подавляющем большинстве серверов применяются технологии повышения производительности дисковой подсистемы. Именно с этой целью вендоры перепрошивают жёсткие диски — чтобы обеспечить поддержку этих технологий. Если же вы поставите «неродные» диски, то просто не сможете воспользоваться фирменными ноу-хау, не более того.

Также раньше вендоры искусственно заставляли использовать «фирменные» накопители, применяя блокировки на уровне контроллеров. В конце концов, гнев народных масс вынудил со временем отказаться от этой порочной практики. Сегодня проблемы чаще всего возникают с относительно старыми моделями серверов. И решается это простой заливкой в контроллер свежей прошивки. Хотя есть и просто капризные модели контроллеров, например, P410 в серверах HP.

Как показывает практика, «неродные» жёсткие диски без затруднений работают:

в серверах HP — как минимум с поколения Gen6,
в серверах IBM — как минимум с поколения М2,
в серверах DELL — как минимум с 10 поколения.

«Неродные» жёсткие диски полностью совместимы как с салазками серверов, так и с внутренними системами мониторинга. А вот салазки нужно ставить только родные, и только для определённого поколения сервера. Вы без труда можете найти в сети настоящие названия моделей дисков, которые вендоры продают под своими брендами. Так, например, большинство SAS-дисков HP делаются из линейки жёстких дисков Seagate Savvio. При этом вовсе не обязательно искать полные аналоги, можно выбрать подходящие модели из популярных линеек:
Что касается надёжности того или вендора, то согласно довольно информативной статистике компании Backblaze, занимающейся предоставлением облачного бэкапа, самыми надёжными являются диски Hitachi. На втором месте Western Digital, на третьем — Seagate.

Проверяйте гарантию

Если вы решили не идти на поводу у вендоров и собираетесь купить «неродные» жёсткие диски, то сначала обязательно уточните у продавца: кто предоставляет гарантию? Дело в том, что многие магазины не предоставляют гарантию на жёсткие диски, ссылаясь на гарантию производителя. Но здесь есть тонкий момент: к примеру, у некоторых моделей Seagate гарантийный период начинается с момента производства. Поэтому не исключена ситуация, что вы купите абсолютно новые диски, на которые уже закончилась гарантия производителя.

Sad, but true.

Чтобы не испытать этот неловкий момент, постарайтесь перед покупкой проверить гарантию конкретных экземпляров на сайтах производителей:

Seagate: http://support.seagate.com/customer/en-US/warranty_validation.jsp

Western Digital: http://support.wdc.com/Warranty/warrantyStatus.aspx? lang=ru

Hitachi: https://www.hgst.com/portal/site/en/support/warranty

Заключение

При выборе жёстких дисков необходимо в первую очередь отталкиваться от задач, которые будет выполнять сервер:

Если вам не нужна высокая скорость доступа и надёжность хранения данных, а количество дисков не будет превышать четырёх, то мы рекомендуем ставить диски SATA RAID Edition. Это вариант для недорогих серверов начального уровня, обслуживающих небольшое количество пользователей.
Если сервер будет обслуживать базы данных, или количество дисков в массиве будет 5 и более, то лучше выбрать SAS NL. Чаще всего такие диски ставятся в серверы, работающие в компаниях среднего размера: под бухгалтерские системы, CMS, корпоративные репозитории и т.д.
А если вам нужна максимальная производительность и/или надёжность хранения данных, например, при обработке финансовых транзакций, то ваш выбор — диски SAS Enterprise. Это носители для высоконагруженных серверов, обслуживающих большое количество пользователей, а также для систем, работающих с наиболее важными данными.

Но главное — не верьте мифам. Вовсе не обязательно покупать диски с таким же логотипом, как на вашем сервере. При грамотном подходе можно существенно сэкономить на апгрейде дисковой подсистемы, ничуть не потеряв в надёжности и скорости работы.