Выбор дисковой системы для выделенных серверов

При заказе сервера необходимо выбрать подходящую дисковую систему. От этого выбора будет зависеть надежность и производительность сервера целиком. В статье мы расскажем о том, что такое дисковая система сервера и какой накопитель выбрать для сервера: SSD или HDD.

Что такое дисковая система сервера

Дисковая система — это аппаратно-программный комплекс, который отвечает за совместную работу нескольких дисков, для ввода и вывода информации в рамках одного устройства. Она обеспечивает энергонезависимое хранение данных, организацию нескольких физических дисков в виде логических томов и доступ к данным по требованию центрального процессора и операционной системы.

Всё актуальное — в наших соцсетях. Подписывайтесь!

Телеграм ВКонтакте

Дисковые системы включают в себя три основных компонента:

1. Физические диски (накопители) — носители информации. В серверах используются как традиционные жесткие диски большой емкости (HDD), так и более скоростные твердотельные накопители (SSD). Для задач, которые потребляют большой объем ресурсов, применяют скоростные NVMe-диски: они подключаются напрямую к серверу.
2. Контроллер — своего рода «мозг» системы. Он управляет дисками, обеспечивает обмен данными между ними и остальными компонентами, а в отдельных случаях берет на себя реализацию логики RAID. Контроллер может быть выполнен в виде отдельной платы или быть частью материнской платы.
3. Интерфейс подключения — каналы, по которым передаются данные. Ранее в системах использовались интерфейсы IDE и SCSI. Однако в настоящее время стандартом считаются SAS (для HDD), SATA (для HDD и SSD) и высокоскоростной PCIe (для NVMe).

Также в работе дисков важны такие показатели, как IOPS и S.M.A.R.T. Разберем их подробнее.

IOPS

IOPS (Input/Output Operations Per Second) — это показатель производительности дисковой системы, который измеряется в количестве операций ввода/вывода в секунду. IOPS крайне важен, так как работа накопителя — это выполнение множества мелких операций: чтения кусочков базы данных, загрузки элементов сайта, обращений к виртуальной машине и многих других.

Показатель IOPS зависит от трех основных факторов:

1. Тип накопителя. IOPS на HDD-дисках существенно ниже, чем на SSD или NVMe.
2. Тип операции. При чтении данных IOPS обычно высокий, так как выполняется только поиск данных. Тем временем операции записи снижают показатель, так как перед записью данных необходимо очистить ячейки.
3. Размер блока данных. Чем меньше объем такого блока, тем больше операций ввода-вывода в секунду может выполнить диск.

S.M.A.R.T.

S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) — это система диагностики, которая встроена в дисковый накопитель. Она постоянно следит за состоянием диска и заранее предупреждает пользователя о возможном сбое и потере данных.

Какие возможности включает в себя S.M.A.R.T.:

• прогнозирование механических отказов. S.M.A.R.T. может предсказать выход накопителя из строя, если он связан с естественным износом механики. Эта причина поломки HDD лидирует среди других;
• самодиагностика. Накопитель может по команде провести короткий или расширенный самотест для проверки своей поверхности и основных узлов. Важно учесть, что S.M.A.R.T. может только оповестить о проблеме, но не решить ее;
• раннее предупреждение. Система может подать сигнал тревоги, когда состояние диска внушает опасения, но сам накопитель еще работает. Благодаря этому есть время на создание резервной копии.

Ключевые различия накопителей

Существует несколько типов дисковых накопителей. Наиболее популярны следующие:

• высокоскоростные NVMe SSD,
• среднескоростные SATA SSD,
• низкоскоростные SATA HDD.

Как понять, что лучше: SSD или HDD? Эти накопители одинаково хороши, но эффективность будет зависеть от задач, которые нужно выполнить.

Разберем каждый тип накопителя подробнее.

NVMe SSD

NVMe SSD — это твердотельный накопитель, использующий протокол NVMe. Он разработан специально для быстрой флэш-памяти и подключается через высокоскоростную шину PCIe. NVMe SSD является одним из новейших решений на рынке.

Преимущества NVMe SSD:

1. Высокая скорость чтения и записи, которая измеряется тысячами мегабайт в секунду в зависимости от модели, например:
   • NVMe (PCIe 3.0) — 3500-3600 Мб/с;
   • NVMe (PCIe 4.0) — 7000-7500 Мб/с;
   • NVMe (PCIe 5.0) — 10 000 Мб/с и выше.

2. Низкая задержка. NVMe поддерживает параллельный доступ и очереди команд глубиной до 65 535 очередей с 65 536 командами в каждой. Это означает, что процессор «общается» с накопителем напрямую и, как следствие, работает быстрее.

3. Высокая производительность при больших нагрузках. NVMe SSD способен обрабатывать миллионы операций ввода/вывода в секунду: это критически важно для работы баз данных, тяжеловесного контента и ряда сервисов.

4. Компактность. Обычно NVMe-накопители выполняются в форм-факторе M.2. Он представляет собой небольшую плату, которая устанавливается напрямую в слот на материнской плате. Это избавляет от необходимости прокладывать дополнительные кабели питания.

5. Энергоэффективность. Несмотря на высокую производительность, в моменты простоя NVMe-диски тратят минимум электроэнергии.

6. Функционал безопасности. NVMe-накопители поддерживают аппаратное шифрование для защиты данных без потери производительности.

Все эти преимущества делают NVMe-диски максимально подходящими для высоконагруженных проектов. Однако несмотря на большое количество преимуществ, NVMe SSD имеют и слабые стороны:

1. Высокая стоимость. Ценник на NVMe-диски обычно выше, чем у SATA SSD или SATA HDD. Однако с течением времени эти диски становятся более доступными по цене.
2. Тепловыделение. NVMe-диски компактны и при этом имеют высокую скорость работы. Из-за этого они могут перегреваться и сбрасывать скорость, чтобы остыть. Поэтому для таких накопителей важно наличие радиаторов и хорошего продува корпуса.
3. Ограниченная совместимость. Для работы NVMe-диска на материнской плате обязательно наличие слотов M.2 или U.2 с поддержкой протокола NVMe либо слота PCIe с переходником. По этой причине NVMe-накопители поддерживаются только на новых моделях серверов. Кроме того, при установке такого накопителя на материнских платах могут отличаться некоторые порты SATA.

SATA SSD

SATA SSD — это твердотельный накопитель, который подключается через интерфейс SATA (Serial ATA) и использует в работе протокол AHCI.

SATA SSD имеет такие достоинства, как:

1. Оптимальная цена. Стоимость одного гигабайта у SATA SSD ниже в сравнении с NVMe SSD. Такой тип диска подойдет для бюджетных систем или для хранения больших объемов данных, которые не требуют сверхвысокой скорости обработки.
2. Высокая совместимость. Интерфейс SATA поддерживается практически на всех серверах. Накопитель SATA SSD не требует специализированной материнской платы с особыми разъемами: достаточно стандартного SATA-кабеля и стабильного питания.
3. Низкое тепловыделение и энергопотребление. SATA SSD-накопители для сервера потребляют мало энергии и практически не нагреваются. Они не требуют радиаторов или дополнительного продува корпуса.
4. Надежность. Современные SATA SSD обладают большим ресурсом для перезаписи. Это значит, что в случае выхода накопителя из строя восстановить данные будет проще.

Однако такой тип накопителя имеет и недостатки:

1. Ограничение скорости. Интерфейс SATA поддерживает максимальную скорость 550–560 Мб/с. Даже если флэш-память способна работать быстрее, SATA не позволяет сделать скорость выше собственного максимального значения. Кроме того, протокол AHCI не умеет эффективно обрабатывать множество мелких запросов одновременно.
2. Большое количество проводов. Для подключения SATA SSD в форм-факторе 2,5 дюйма требуется два кабеля: для данных с подключением к материнской плате и для питания, который соединен с блоком питания. Это создает лишние провода в корпусе и требует наличия свободных разъемов.

SATA HDD

SATA HDD (Hard Disk Drive) — это механический накопитель, в котором данные хранятся на вращающихся магнитных пластинах, а чтение и запись осуществляются подвижной головкой. Он использует интерфейс SATA для подключения к компьютеру или серверу.

Сильные стороны SATA HDD:

1. Низкая цена. Стоимость хранения одного гигабайта данных на жестком диске значительно ниже, чем на SSD-дисках. Такой накопитель отлично подойдет для хранения большого массива данных, для которых не требуется высокая скорость обработки.
2. Большая емкость хранилища. HDD-накопители могут иметь объем до нескольких десятков терабайт.
3. Простота восстановления данных. При аппаратном сбое восстановить данные с магнитных пластин HDD легче и дешевле, чем с чипов памяти SSD. Специалисты могут заменить вышедшие из строя механические компоненты и считать с них информацию.
4. Долговременное хранение. Диски HDD отлично подходят для длительного хранения данных, даже если накопитель надолго останется без питания.

Однако HDD накопители имеют и недостатки:

1. Низкая скорость работы и показатели IOPS. Из-за необходимости физически перемещать головку к нужному сектору, количество операций ввода-вывода в секунду у HDD исчисляется сотнями. Для сравнения, у SSD этот показатель исчисляется в десятках и сотнях тысяч.
2. Высокая задержка. Время отклика HDD часто составляет около 10-20 миллисекунд. Для сравнения, время отклика SSD часто составляет менее 0,1 миллисекунды.
3. Большой вес и габариты. Стандартные HDD тяжелые и и занимают много места в корпусе сервера.
4. Недолговечность. HDD включает в себя механические компоненты, поэтому во время работы происходит постоянное вращение диска и трение. Всё это приводит к быстрому износу. Кроме того, HDD чувствителен к падениям, ударам и перемещениям в процессе работы — из-за этого накопитель выходит из строя.

При подготовке сервера не так часто встречается единственный тип диска. Чтобы работа с данными была максимально эффективной, в сборке сервера используются комбинации из разных накопителей — такие комбинации называются дисковыми массивами. Например, в Рег.облаке можно заказать сервер с конфигурацией на выбор.

Что такое дисковый массив

Дисковый массив (RAID) — это технология, которая позволяет объединить несколько разных дисков в один логический элемент. При сборке массива учитываются сильные стороны каждого накопителя, благодаря чему скорость работы и надежность хранения данных становится выше.

Наиболее популярны четыре типа массивов:

1. RAID0 — конфигурация дискового массива, при которой данные разбиваются на блоки (страйпы) и записываются на все диски массива одновременно. Это позволяет добиться максимально высокой скорости чтения и записи, однако если один из накопителей массива выйдет из строя, все хранящиеся данные будут безвозвратно утеряны. Использование такого массива в чистом виде нежелательно, так как слишком высок риск потери всех данных с носителя.
2. RAID1 — конфигурация дискового массива, при котором данные записываются сразу на нескольких физических накопителях. Этот метод создает полную копию (или зеркало) накопителей массива, благодаря чему достигается максимальная отказоустойчивость. Если один из дисков выйдет из строя, массив полностью сохранит работоспособность и целостность данных.
3. RAID10 (RAID 1+0) — это конфигурация дискового массива, которая построена согласно двухуровневой иерархической схеме. RAID10 сочетает в себе высокую производительность от RAID0 и отказоустойчивость от RAID1.
4. RAID5 — конфигурация дискового массива, в которой используется чередование данных (страйпинг) на уровне блоков с распределенной четностью. Такой массив эффективно использует дисковое пространство и способен сохранить работоспособность при выходе из строя одного диска. Такой массив позволяет создать более бюджетное хранилище для редко используемых данных в сравнении с RAID10. Однако RAID5 требует бережного отношения и понимания нюансов его работы.

Как выбрать подходящую дисковую систему

Чтобы выбрать дисковую систему, важно учитывать нужды конкретного проекта. В качестве примера разберем наиболее распространенные кейсы в работе с дисковыми массивами.

Задача	Требования	Подходящий тип диска и массив
Обработка транзакций (например, на кассовых аппаратах)	низкая задержка, высокая скорость записи, отказоустойчивость	SATA SSD + RAID10
Хранение больших данных и аналитика	высокая пропускная способность, большой объем хранилища	NVMe SSD + RAID1 или RAID10
Видеонаблюдение, медиа‑стриминг	последовательные чтение и запись, большой объем хранилища	SATA HDD + RAID6
Резервное копирование и хранение бэкапов	долгосрочное хранение данных, минимальная стоимость	HDD‑RAID1 или RAID10
Контейнерные и VM‑инфраструктуры	гибкость, быстрый провижининг, умеренные IOPS	Гибридный RAID (SSD + HDD) или NVMe-массив

Дисковый накопитель для сервера — это расходный материал, который может выйти из строя в любой момент. Как обезопасить свой проект? В первую очередь стоит выбрать надежный сервер проверенной марки. В Рег.облаке вы можете заказать выделенный сервер с готовой дисковой системой. На выбор доступно множество вариантов: от бюджетных HDD-массивов для холодного хранения до высокоскоростных NVMe-сборок для баз данных и высоконагруженных проектов.

Также не менее важно отслеживать показатели S.M.A.R.T.: если система диагностики уведомит о проблемах, можно вовремя обратиться в службу поддержки и оперативно согласовать замену диска на рабочий.