Накопители WD Red — сбалансированное решение для использования в составе малых и средних NAS29.12.2017 10:03

Согласно подсчетам аналитиков компании IBM, 90% всей информации, хранящейся в настоящее время в цифровом виде, было создано только за последние два года и каждый день ее объем увеличивается еще на 2,5 квинтиллиона байт. Размеры баз данных растут экспоненциально, и удивляться тут совершенно нечему: в современном мире информация имеет стратегически важное значение для любого бизнеса, независимо от сферы деятельности. Но возникает и другая проблема: чем больше данные, которыми вы оперируете, тем больше ресурсов вам потребуется для их обработки и хранения, а также для обслуживания корпоративного ЦОДа. И как быть в такой ситуации малым предприятиям, где буквально каждая копейка на счету?

Современная IT-индустрия предлагает множество интересных решений, призванных облегчить участь малого бизнеса, к числу которых относятся и cloud-сервисы. Благодаря облачным технологиям, корпоративные клиенты получают не только необходимое дисковое пространство, но и готовые инструменты ERP, CRM, бухгалтерского учета в формате SaaS («приложения как сервис»). Такой подход позволяет существенно сократить расходы, так как необходимость в содержании собственного центра обработки данных полностью отпадает, как отпадает и потребность в наличии квалифицированных сотрудников, обслуживающих вверенную им инфраструктуру, — эти обязанности всецело ложатся на плечи провайдера. В конечном счете для индивидуальных предпринимателей или небольших филиалов использование подобных решений может обойтись в сумму, сравнимую с абонентской платой за услуги предоставления доступа к сети Интернет.

Тем не менее в ряде ситуаций «облака» являются крайне неподходящим вариантом. Например, размещение информации, представляющей коммерческую тайну, на серверах, принадлежащих другой компании, является как минимум опрометчивым. Когда же речь заходит об организации системы видеонаблюдения, cloud-сервисы становятся попросту нерентабельными: затраты на хранение видеоархива объемом в сотни терабайт и оплата трафика превысят стоимость покупки полноценного сервера. И здесь как нельзя кстати придутся компактные NAS, способные органично дополнить «облака» и в то же время значительно сэкономить на приобретении дополнительного оборудования. Давайте разберемся, на что годятся такие приборы и в каких сценариях их можно использовать, на примере WD My Cloud PR4100.

WD My Cloud PR4100 — мастер на все руки

В основу платформы лег четырехъядерный процессор Intel Pentium N3710 с базовой тактовой частотой 1,6 гигагерца и 2 мегабайтами кэш-памяти второго уровня. Его SDP составляет всего 4 ватта, что само по себе становится весомым преимуществом: охлаждение чипа пассивное, благодаря чему прибор удалось сделать максимально тихим — его можно расположить непосредственно в офисе, не доставляя каких-либо неудобств. На самой плате распаяно 4 гигабайта оперативной памяти DDR3–1600, работающей в двухканальном режиме, что в сочетании с аппаратной поддержкой декодирования H.264 и H.265 позволяет работать с видео высокой четкости с разрешением вплоть до 4K. Поддерживается одновременное подключение четырех 3,5-дюймовых накопителей SATA III — таким образом, используя My Cloud PR4100, потенциально вы сможете сохранить до 40 терабайт данных. Кроме того, наличие четырех слотов под HDD дает возможность объединять диски в массивы RAID 0, 1, 5, или 10.

В числе «железных» особенностей также необходимо выделить двойное резервирование питания, причем, чтобы его активировать, не требуется выполнять дополнительные настройки — достаточно подключить к источникам электроэнергии оба разъема, рассчитанных на постоянный ток 12 вольт. В свою очередь, пара гигабитных Ethernet-контроллеров позволяет задействовать возможности интеллектуальных ИБП либо создать дублирующую сеть, которую также будет обслуживать NAS.

В качестве операционной системы в PR4100 используется My Cloud OS 3, которая собственно и превращает аппарат в универсальное файловое хранилище. Конфигурирование дисков, создание FTP-сервера, управление правами доступа к директориям с других устройств — эти и многие другие функции доступны «из коробки», а все управление осуществляется посредством интуитивно понятного веб-интерфейса и в общем не требует специальных навыков. Однако главным достоинством ОС является внушительный репозиторий приложений, используя которые можно трансформировать NAS практически во что угодно.

Так, например, установив Milestone Arcus Surveillance, вы получите в свое распоряжение готовый сервер для организации видеонаблюдения. В числе преимуществ данной платформы необходимо выделить следующие:

поддержка практически всех актуальных моделей IP-камер и их автоматическое обнаружение в сети без необходимости установки дополнительных драйверов;
возможность индивидуальной настройки каждого устройства (можно выбрать разрешение, фреймрейт, кодек, активировать запись по движению, указать зоны интереса);
одновременный просмотр записанных материалов, экспорт любого выбранного фрагмента записи;
удаленное управление PTZ-устройствами (зум, изменение угла наклона и поворот камеры при условии наличия встроенных сервоприводов).

Таким образом, все, что потребуется для развертывания системы безопасности, помимо самого NAS и камер, — маршрутизатор и коммутатор с поддержкой PoE.

Другим интересным приложением является популярный мультимедиасервер Plex — форк не менее известного XBMC. Хотя пакет ориентирован в большей степени на частных пользователей, его функционал будет полезен и производителям контента (клипмейкерам, журналистам, фотографам), так как программа позволяет наиболее эффективно организовать библиотеку видеороликов, аудиозаписей и изображений. Для Plex создан внушительный набор полностью русифицированных мультиплатформенных клиентов под операционные системы Windows, Mac OS X, Linux, Android и iOS, также он совместим с большинством Smart-TV. За счет того, что NAS поддерживает аппаратное транскодирование, воспроизведение 4K-видео становится возможным даже на маломощных гаджетах. Таким образом, WD My Cloud PR4100 можно использовать во время презентаций или в ходе совместной работы над рекламным роликом, транслируя видео на смартфоны и планшеты участников, причем модель и производительность устройств не будут иметь никакого значения.

Наконец, WD My Cloud PR4100 можно превратить в веб-сервер, развернув простенький корпоративный портал или форум на базе Wordpress, Joomla или phpBB. MySQL и веб-оболочка phpMyAdmin, кстати, устанавливаются отдельно, поэтому NAS вполне подойдет для зеркалирования баз данных с основного сервера компании.

Какие накопители подойдут для NAS?

Как видим, решения наподобие WD My Cloud PR4100 способны не просто органично дополнить используемый компанией cloud-сервис, но в ряде случаев и полностью его заменить. Дело за малым — подобрать оптимальные диски для файлового хранилища. На этом этапе у многих пользователей появляется искушение дополнительно сэкономить, установив обычные накопители — к примеру, те же WD Blue. Данный подход является ошибочным, ведь использование десктопных винчестеров не только негативно сказывается на производительности всей системы, но и способно стать причиной потери ценной информации. Последнее может быть вызвано такими факторами, как механический износ, неспособность эффективно функционировать в многопоточном режиме (приводит, например, к «рассыпанию» картинки и пропуску кадров при записи видео), самопроизвольный распад RAID-массива, и другими.

Именно поэтому мы разработали специализированную линейку накопителей WD Red и WD Red Pro емкостью от 2 до 10 терабайт, предназначенных для эксплуатации в составе сетевых устройств хранения данных и вобравших в себя последние технологические достижения Western Digital. Ниже мы во всех подробностях рассмотрим каждую из используемых технологий, чтобы вы, уважаемые читатели, смогли по достоинству оценить предлагаемые нами решения.

Работа в режиме 24/7

Жесткие диски WD Red оптимизированы для круглосуточной работы. На практике это означает, что парковка блока головок осуществляется только при обесточивании NAS, то есть параметр APM (Advanced Power Management) по умолчанию имеет значение »0». Параметр spindown (standby) timer также принимает нулевое значение — полная остановка мотора происходит лишь при отключении питания, что оказывает положительное влияние на производительность HDD. Все это позволяет, во-первых, сократить время отклика накопителя, а во-вторых, снижает расход запаса циклов старт/стоп электродвигателя и парковки (кстати, в «красной» серии таковой достигает 600 тысяч).

Платформа HelioSeal 4.0

Жесткие диски WD Red и WD Red Pro емкостью от 6 терабайт и более созданы на основе платформы HelioSeal версии 4.0. Их корпуса абсолютно герметичны и заполнены инертным газом — гелием, плотность которого практически в семь раз меньше плотности воздуха. Эта особенность обеспечивает целый ряд важнейших преимуществ. Так, низкое сопротивление газовой среды дало возможность использовать более тонкие магнитные пластины, что позволило увеличить их количество до 7, а снижение силы трения способствовало сокращению энергозатрат на раскрутку шпинделя. В свою очередь, уменьшение турбулентности помогло повысить точность позиционирования магнитных головок, благодаря чему удалось уменьшить зазор между ними и поверхностью «блинов», а также сократить площадь треков, расположив их более компактно.

Как следствие, гелиевые накопители оказываются на 21% производительнее, на 49% экономичнее и на 4°C холоднее десктопных аналогов, что позволяет снизить затраты на кондиционирование и электроэнергию, а также делает данные устройства идеальным решением для эксплуатации в составе сетевых хранилищ серии My Cloud, потенциал системы охлаждения которых ограничен вследствие малых размеров корпуса.

Система адаптивной компенсации вибрации

Колебания накопителя относительно собственной оси, возникающие во время вращения шпинделя, негативно отражаются на его производительности вследствие смещения магнитных головок за пределы рабочей зоны. Причем, если диски расположены слишком близко друг к другу, эффект дополнительно усиливается за счет взаимных наводок. Это провоцирует повторную инициализацию процедуры позиционирования, и в результате скорость чтения/записи может упасть на 22–71%. В WD Red описанная проблема решена благодаря программной компенсации вибрации (является частью прошивки NASWare 3.0), что допускает эксплуатацию в кластерах, содержащих до 8 HDD. В свою очередь, винчестеры серии WD Red Pro получили поддержку технологии Rotary Acceleration Feed Forward (RAFF), благодаря чему их можно без опаски устанавливать даже в NAS c 16 отсеками.

Накопители оснащены многоосными акселерометрами, замеряющими интенсивность и направление вибрации. На основании полученных данных и индивидуальных особенностей устройства специальный модуль (RV Control Effort Feed-Forwarding) в реальном времени рассчитывает оптимальную траекторию движения магнитных головок, а также динамически корректирует расстояние между ними и магнитными пластинами, что исключает вероятность их механического повреждения. Как следствие, даже в условиях воздействия ротационной вибрации с угловым ускорением в 50 радиан на секунду в квадрате потери производительности не превышают 4%.

3D Active Balance Plus и StableTrac

При вращении на каждую магнитную пластину действуют дисбалансирующие силы, причем одновременно в двух плоскостях: горизонтальной («блины» смещаются в плоскости сечения оси шпинделя, их как бы трясет) и вертикальной (вектор приложен перпендикулярно, блок пластин как бы колеблется вверх-вниз). Чтобы нивелировать перечисленные эффекты, в заводских условиях проводится тщательная балансировка каждого устройства, в ходе которой подбирается оптимальная длина фиксирующих винтов. Помимо этого, мы используем систему демпферов и амортизаторов, которые эффективно гасят возникающую вибрацию.

Дополнительную надежность механизму придает технология StableTrac, предусматривающая двустороннюю фиксацию вала электропривода с обоих концов. Это позволяет стабилизировать магнитные пластины, что также оказывает положительное влияние на точность позиционирования пишущих головок во время операций ввода/вывода.

Набор команд ATA Streaming Feature Set

Для работы с жесткими дисками серии WD Red используется опциональный набор инструкций ATA Streaming Feature Set, в который входят следующие команды:

CONFIGURE STREAM — с ее помощью хост-контроллер передает HDD информацию о количестве обрабатываемых потоков (максимально 8), расчетные ограничения по времени исполнения процедуры чтения/записи, битрейт и другие параметры. На основе полученных сведений микропрограмма оптимизирует использование кэша.
NOT SEQUENTIAL — информирует контроллер о том, что следующая операция чтения лежит за пределами текущего и последующего логических блоков. Это позволяет разгрузить доступную память, так как накопитель не будет задействовать prefetching, заранее считывая следующие LBA.
READ/WRITE CONTINUOUS — директива указывает на необходимость выполнения команды чтения/записи, даже несмотря на возникающие в процессе ошибки. При обнаружении таковых осуществляется запись поврежденных данных, а соответствующее событие фиксируется в журнале.
FLUSH — сообщает, что отправленная информация должна быть незамедлительно сброшена на магнитную пластину.

Таким образом, технология обеспечивает изохронное выполнение операций чтения/записи, благодаря чему винчестеры можно эксплуатировать в том числе в составе мультимедийных серверов и систем видеонаблюдения.

Time Limited Error Recovery (TLER)

Одной из причин того, почему десктопные накопители не подходят для NAS, является необходимость создания RAID-массивов, что позволяет дополнительно обезопасить ценную информацию. Даже при штатной работе жесткого диска неизбежно возникают ошибки считывания, обусловленные нестабильностью сектора или сбоем во время записи. Во всех подобных случаях HDD принимает ряд стандартных мер для коррекции согласно следующему алгоритму:

происходит повторная попытка записи в тот же сектор с последующим контрольным чтением;
если уровень сигнала остается по-прежнему низким, контроллер расценивает это как однозначный признак износа магнитного покрытия;
данные переносятся в другой сектор, а дефектный соответствующим образом помечается — в дальнейшем при перезаписи он будет игнорироваться.

Схема отлично работает, когда речь идет об одиночных винчестерах, однако, если накопители объединены в массив, в дело вступает RAID-контроллер, который должен отслеживать состояние каждого устройства. Проблема в том, что во время коррекции ошибок диск не реагирует на отправляемые команды, и если период латентности превышает 7 секунд (по умолчанию), диск исключается из массива, так как RAID-контроллер воспринимает такое «молчание» как признак отказа оборудования.

Это приводит либо к полному распаду массива, либо, как в случае с RAID 5, ограничению его возможностей. Причем, хотя после замены (или переподключения исправного диска) данные будут восстановлены на основе кодов четности, ситуация может повториться, ведь HDD будет вынужден выполнять операции ввода/вывода одновременно и вследствие избыточной нагрузки латентный период способен вновь выйти за установленные пределы.

В WD Red данная проблема была решена благодаря механизму TLER (Time Limited Error Recovery), суть которого заключается в наличии обратной связи между накопителем и контроллером. При выявлении ошибки инициируется стандартный алгоритм коррекции, однако, если уложиться в положенное время не удается, диск отправляет сигнал RAID-контроллеру. Последний фиксирует сообщение в журнале, откладывая процедуру исправления до более удачного момента (например, до простоя системы), что позволяет полностью исключить вероятность произвольного распада массива.

Совокупность перечисленных технологий делает WD Red идеальным решением для использования в сетевых хранилищах, позволяя достичь оптимального баланса между такими параметрами, как производительность, экономичность, а главное — надежность и отказоустойчивость. Диски WD Red лишены всех недостатков десктопных моделей, попросту не предназначенных для работы в круглосуточном режиме или для эксплуатации в составе дисковых массивов. При этом специализированные накопители для NAS оказываются значительно дешевле дисков HDD enterprise-класса (которые, хотя и демонстрируют превосходные показатели, являются избыточными для подобных устройств), давая возможность дополнительно сэкономить, что особенно важно для предприятий малого бизнеса.