Сетевое хранилище — что это такое и как его выбрать

Схд что это в компьютере

Что такое системы хранения данных (СХД) и для чего они нужны? В чём разница между iSCSI и FibreChannel? Почему данное словосочетание только в последние годы стало известно широкому кругу IT-специалистов и почему вопросы систем хранения данных всё больше и больше тревожат вдумчивые умы?

Думаю, многие заметили тенденции развития в окружающем нас компьютерном мире – переход от экстенсивной модели развития к интенсивной. Наращивание мегагерц процессоров уже не даёт видимого результата (см. обзор «Извечный вопрос: Intel или AMD?»), а развитие накопителей не поспевает за объёмом информации.

Если в случае процессоров всё более или менее понятно – достаточно собирать многопроцессорные системы и/или использовать несколько ядер в одном процессоре, то в случае вопросов хранения и обработки информации так просто от проблем не избавиться.

Существующая на данный момент панацея от информационной эпидемии – СХД. Название расшифровывается как Сеть Хранения Данных (SAN) или Система Хранения Данных. В любом случае – это специализированное железо и ПО, предназначенное для работы с огромными массивами ценной информации.

Сразу оговоримся, что нас в первую очередь интересует информация, используемая в бизнесе, от которой зависит жизнедеятельность предприятия и его нормальное функционирование. Ведь «домашнего пользователя» проблемы хранения и обработки данных касаются в меньшей степени.

Сетевые хранилища на виртуальных и выделенных серверах

К важной функции сетевых накопителей относится резервирование данных. К сожалению, часто накопители данных выходят из строя. Причем это может быть не только старый жесткий диск, но и сравнительно новый. Поэтому главным правилом является постоянное резервирование данных. Если не хотите потерять информацию, она должна быть не только записана, но и продублирована на другом физическом диске.

Иногда путают локальный диск с физическим. Локальный диск может быть, как отдельным девайсом, так и просто разделом на одном и том же диске. Во втором случае, информация погибнет на всех разделах при его крушении.

Сетевое хранилище должно поддерживать возможность создания виртуального сервера для ускорения работы и повышения надежности работы всей системы. При помощи виртуализации данных вся информация формируется в единый массив, и доступ к ней не зависит от количества жестких дисков, выделенных пользователю или устройству.

Накопители в СХД

СХД может работать с разными носителями данных: магнитная лента, оптические диски, жесткие диски (HDD) и твердотельные накопители (SSD/NVMe). Мы рассмотрим только два последних типа, так как именно они распространены в качестве универсальных носителей в большинстве систем.

Надо понимать, что накопители в СХД задают аппаратный предел производительности: система не может работать быстрее, чем сумма производительности ее накопителей. Медленнее — может.

Накопители имеют много важных параметров и характеристик, которые следует учитывать при построении СХД, но базовыми атрибутами, пожалуй, можно назвать тип интерфейса и форм-фактор.

Интерфейсы современных HDD и SSD

Интерфейс представляет собой протокол взаимодействия накопителя и вычислительных ресурсов системы. Интерфейс является важным фактором, влияющим на параметры накопителя: от него зависит пропускная способность, время задержки, расширяемость, возможность горячей замены и, конечно же, стоимость.

Интерфейсы SATA и SAS изначально появились на HDD-дисках, но затем стали стандартом и для SSD. Однако SATA и SAS не могут раскрыть весь потенциал производительности SSD, поэтому для подключения твердотельных накопителей все чаще используется интерфейс PCIe и протокол NVMe. Также стоит отметить NL-SAS диски, которые по сути являются гибридом SAS-интерфейса и SATA накопителя.

Таблица 1. Общее сравнение характеристик HDD и SSD накопителей

Класс	HDD			SSD
Интерфейс	SATA	SAS		SATA	SAS	PCIe
Накопитель	SATA	NL-SAS	SAS	SATA	SAS	NVMe
Надежность	Низкая	Средняя	Высокая	Средняя	Высокая	Высокая
Производительность	Низкая	Низкая	Средняя	Высокая	Высокая	Очень высокая
Стоимость	Низкая	Низкая	Средняя	Средняя	Высокая	Очень высокая

Форм-фактор

Все HDD имеют схожую конструкцию подвижных элементов, поэтому их внешний корпус — это прямоугольный кейс типа SFF (Small Form Factor, 2.5″) или LFF (Large Form Factor, 3.5″). Каждый из этих типов корпуса может иметь различные разъемы интерфейса.

Рисунок 2. Western Digital Ultrastar SN640 в форм-факторе SFF 2.5″ (слева) и Seagate Exos X12 в форм-факторе LFF 3.5″ (справа).

Flash-накопители не имеют движущихся деталей и поэтому реализованы в более разнообразных формах. Дополнительным импульсом для разнообразия форм-факторов SSD стало развитие PCIe-интерфейса, который добавил варианты прямого размещения накопителей на серверной платформе.

Таблица 2. Форм-факторы HDD и SSD накопителей

Форм-фактор	HDD	SSD
3.5″ (LFF)	SATA, NL-SAS, SAS	—
2.5″ (SFF)	SATA, NL-SAS, SAS	SATA, SAS, NVMe
M.2*	—	SATA, NVMe
Add-In Card (AIC)	—	NVMe
EDSFF	—	NVMe

*используются в качестве системных дисков

Рисунок 3. Intel Optane SSD в форм-факторе Add-In-Card HHHL (Half-Height Half-Length).

Форм-фактор является достаточно динамичным параметром, который постоянно меняется и совершенствуется в зависимости как от изменения интерфейсов, так и от изменения подходов к построению СХД. Более подробно про актуальные форм-факторы можно прочитать на сайте SNIA.

В современных СХД накопители могут размещаться как в основном корпусе СХД, так и в дисковых корзинах — JBOD (Just a Bunch Of Drives). Физически такие корзины представляют собой корпус для монтажа в стойку, заполненный накопителями. Для NVMe накопителей сейчас активно используются JBOF (Just a Bunch Of Flash), специализированные дисковые корзины для флеш-накопителей. Например, OpenFlex Data24 от компании Western Digital.

Рисунок 4. Дисковая корзина WD Ultrastar Data102.

Организация хранения данных: почему возникла необходимость в СХД

По результатам опросов бренда IDC Perspectives, до 23% от расходов в сфере IT уходит на операции по аккумулированию информационных контейнеров. Упомянутое положение дел обеспечивается чрезвычайно высокими темпами роста современного бизнеса: предприятия нуждаются в надстройках, способных сохранять и обрабатывать огромные потоки цифровых структур. Безвозвратная потеря каких-либо важных записей – это настоящая катастрофа, способная привести к краху даже самую успешную, и, казалось бы, непоколебимую корпорацию.

Факторы, способствующие развитию

Перед тем как начать разбираться с большим вопросом о том, что такое система хранения данных (СХД) в нынешнем формате, следует уточнить перечень причин, позволяющих говорить о чрезвычайной необходимости модернизации в целом:

1. Развитие конкурентоспособности многих фирм, а также сложные характеры внутри рыночного противостояния
2. Появление брендов, предлагающих решения для обустройства сеток предпринимательских учреждений.
3. Пользовательская нужда в адаптивных платформах, способных работать с аналитикой в различных формах.

Все перечисленные факторы сыграли чрезвычайно важную роль во всем процессе становления отрасли.

Сферы применения СХД

В 2021 году рассматриваемые классы устройств используются в максимально широком ассортименте самых различных сфер:

• формирование отчетности;
• выработка прогнозов;
• бизнес-аналитика;
• переход на электронный документооборот в правительственном масштабе и пр.

На самом деле, намного проще перечислить отрасли, в которых подобные конструкции использованы не были.

Гиперконвергентные системы

Подавляющее большинство систем хранения данных используется для организации дисков виртуальных машин, при использовании SAN неизбежно происходит удорожание инфраструктуры. Но если объединить дисковые системы серверов с помощью SDS, а процессорные ресурсы и оперативную память с помощью гипервизоров отдавать виртуальным машинам, использующим дисковые ресурсы этой SDS — получится неплохо сэкономить. Такой подход с тесной интеграцией хранилища совместно с другими ресурсами называется гиперконвергентностью. Ключевой особенностью тут является способность почти бесконечного роста при нехватке ресурсов, поскольку если не хватает ресурсов, достаточно добавить еще один сервер с дисками к общей системе, чтобы нарастить ее. На практике обычно есть ограничения, но в целом наращивать получается гораздо проще, чем чистую SAN. Недостатком является обычно достаточно высокая стоимость подобных решений, но в целом совокупная стоимость владения обычно снижается.

Виды СХД

По своей аппаратной структуре СХД делятся на:

• All Flash — системы, в которых применяются только диски SSD;
• гибридные системы, позволяющие использовать HDD, SSD или комбинации этих дисков.

И All Flash, и гибридные системы могут использоваться в качестве как блочных, так и файловых хранилищ.

При этом они имеют различные показатели эффективности и уровни производительности, обладают разным функционалом: так, гибридные системы позволяют увеличить количество операций ввода-вывода и уменьшить задержки. Они имеют высокую плотность хранения, но занимают много места в стойках и требуют хорошего охлаждения.

All Flash-системы применяются для хранения данных в средах с высоким уровнем транзакций. All Flash СХД потребляют меньше энергии и не так сильно нагреваются.

Есть ли среди СХД те, у которых риск потери данных выше?

Чем ниже класс решения, тем выше риски потери данных, и наоборот. Зачастую компании, которые только начинают расти, используют решения Entry Level. Поначалу все идёт хорошо, но потом возникают вопросы: а что, если сломается контроллер? Как его менять? Что делать, если нужен рост производительности? В связи с этим решение меняется на уровень Enterprise, с более низкими рисками потери данных. «В наших решениях используются диски, в которых может быть до 12 контроллеров, и даже если четверть из них выйдет из строя, данные останутся неповрежденными», – отмечает Алексей Никифоров.

Однако при всех достижениях в технологиях защиты данных, нужно учитывать, что далеко не для каждой компании риски их потери могут быть критичными. Если в организации хранятся данные, которые «не жалко», то и беспокоиться по поводу надежности системы лишний раз не стоит.

Вычислительные ресурсы и адаптеры

Организация СХД — здравый подход для бизнеса. Но не забывайте и о железе, которое должно прогонять через себя огромные массивы данных.

Например, для системы из 60 накопителей потребуется парочка процессоров 8/16 с частотой не менее 2 ГГц и около 48 ГБ ОЗУ. А чтобы завести 600 накопителей, понадобится 2-4 чипа по 8 ядер с пиком на 3.5 GHz, 256 Gb ОЗУ и мощная система охлаждения.

Сетевые адаптеры — последнее и важнейшее звено на этапе создания цепи обмена данными с конечным потребителем. Через интерфейсы Ethernet, FC, IB или SAS производится транспорт битов по системе и за ее пределы.