Дисковая система хранения RAIDIX Aero 124 (Aero 124)

Се́рвер (англ. server от англ. to serve — служить) — в информационных технологиях — программный компонент вычислительной системы, выполняющий сервисные функции по запросу клиента, предоставляя ему доступ к определённым ресурсам.

Итак, основная задача сервера – исполнять запросы клиентов либо программ. Отсюда следует, что сервер – вещь сугубо утилитарная, предназначенная для выполнения определенной задачи. Выполнение, или решение задачи – является главным свойством сервера. Вот почему – сначала ставиться задача, а затем под неё подбирается сервер.

Сбалансированный сервер – это та цель, которую преследует интегратор или продавец и заказчик. Заказчику в первую очередь нужно получить сервер, отвечающий его требованиям, которые в свою очередь определяет задача, которую он будет решать. В наших интересах предоставить заказчику сервер максимально соответствующий его требованиям. Такое сотрудничество взаимовыгодно. Клиент получает сервер именно тот, который нужен ему. Не переплачивая за лишнее, и не выбрасывая денег за то, что работать не будет. Мы получаем довольного клиента и репутацию.

Задача же подбора этого оптимального сервера является нетривиальной. Необходимо учитывать множество факторов, о которых заказчик даже не подозревает. Типичный пример – неадекватная оценка заказчиком масштаба задачи или требование сервера по конкретной спецификации, вместо того, чтобы рассказать задачу, которую будет решать сервер. Специалисты STSS ежедневно сталкиваются с самыми различными задачами, и у компании уже накоплен серьезный опыт в построении серверов – вот почему подбор конфигурации сервера – задача профессионала, равно как и ее реализация, т.е. непосредственно само производство.

Тактика выбора сервера заключается в первую очередь в выяснении задач, которые должен будет решать сервер, какой необходим запас производительности, и возможности масштабирования. Далее выясняются требования к отказоустойчивости и наконец ориентировочный бюджет. Если задачи явно превосходят выделенный бюджет, то по возможности производиться корректировка бюджета либо задачи. Важным является предложение масштабируемого решения для растущих потребностей клиента. Это позволяет решать задачу с минимальными как начальными так и последующими вложениями, снижая TCO (Total Cost of Ownership – совокупная стоимость владения).

Придерживаясь вышеизложенной тактики, в сочетании с профессионализмом наших инженеров и менеджеров, клиент получает именно то решение, которое ему необходимо.

Как правило сервер обслуживает множество пользователей. Поэтому, сервер в идеале всегда должен быть в рабочем состоянии, чтобы исполнить тот или иной запрос. Если Ваш домашний компьютер перестанет работать, то в конечном итоге от этого пострадаете только Вы. Если же сервер перестанет работать, то пострадают множество клиентов, что может обернуться несоизмеримыми потерями по сравнению со стоимостью самого сервера.

Часто путают понятия «надежность» и «отказоустойчивость».

Надежность – это в первую очередь свойство изделия, характеризующее его способность работать максимально долго без сбоев. Т.е. это скорее характеристика качества самого изделия, его компонентов и т.д.

Отказоустойчивость – это, следуя из самого образования слова – способность противостоять отказам. Иными словами, это способность сохранять работоспособность при отказе каких-либо компонентов системы. В настоящее время отказоустойчивость достигается благодаря избыточности или дублированию критичных или наиболее уязвимых компонентов системы.

Способами повышения отказоустойчивости сервера и как следствие снижения времени простоя является применение таких элементов как: RAID-массивы (дублирование жестких дисков), дублированные блоки питания, дублированная система охлаждения, в ряде случаев – дублирование подсистемы памяти (т.н. зеркалирование модулей памяти).

Если необходимо еще больше повысить отказоустойчивость системы, то говорят уже о построении HA-кластеров (High Availability Clusters – кластеры высокой доступности или готовности). HA-кластер – представляет из себя полностью дублированную систему серверов, систем хранения, коммутации и питания. Такая система имеет один из самых высоких показателей готовности, которое измеряется временем простоя в год, либо отношением времени работы к времени простоя выраженное в процентах. Кроме того, такая система позволяет не останавливать систему для проведения ремонтных и регламентных работ, что также существенно повышает готовность в целом.

Для сравнения, показатели готовности различных вычислительных машин:

• обычный ПК – ~90% в год или 36,5 суток простоя в год
• сервер начального уровня – ~96% в год или 14,6 суток простоя
• отказоустойчивый сервер - ~98% в год или 7,3 суток простоя
• кластер высокой готовности – 99,99% в год или 53 минуты в год

Такой вопрос часто задается нашими клиентами, когда они пытаются рассчитать стоимость сервера из стоимости комплектующих. Действительно, стоимость комплектующих ниже стоимости сервера, иначе мы бы просто работали себе в убыток. Но давайте попробуем разобраться за что клиент «переплачивает».

Во-первых, задача технически собрать сервер не такая уж тривиальная, как может показаться сначала. Серверы имеют схожие элементы с обычными ПК, например – корпус, блок питания, материнская плата, процессоры, память, жесткие диски и т.п.

На первый взгляд – все просто. Купил нужные комплектующие, и собрал сервер! Вот здесь такого «сборщика» поджидают первые неприятные сюрпризы.

Например, серверная материнская плата работает только со специализированной серверной памятью. Да еще не со всякой, а с валидированной, т.е. явно прописанной производителем этой платы. Корпус тоже не всякий подойдет – здесь подводных камней еще больше! Формат серверной материнской платы как правило отличается от привычного ATX. Питание также специфическое. Дело в том, что сервер является активным потребителем тока по +12вольт. На этом напряжении работают преобразователи напряжения для процессоров (VRM – Voltage Regulator Module), а каждый процессор способен потреблять огромный ток! А теперь представьте, что их не один, а два! Каждый по 100Вт рассеиваемой (=потребляемой мощности). Итого 200Вт – только процессоры! Даже если предположить, что КПД VRM-ов близко к 100%, то получиться, что только процессоры потребляют ток 200/12=16,7Ампер по шине +12Вольт. Посмотрите на десктопные блоки питания – на них, как правило, указан показатель 13-15 ампер для шины +12 вольт, а кроме процессоров в сервере есть диски, сама материнская плата, память и т.д. Поэтому, сервер должен иметь специализированный серверный блок питания, который помимо надежности, способен выдавать нужный ток по +12вольт. Этот показатель для современных серверных БП составляет примерно от 30 до 80Ампер!

Этот наглядный и к сожалению далеко не единственный пример ярко иллюстрирует проблемы неквалифицированного подхода к сборке сервера.

Во-вторых, необходимо обеспечивать гарантийное обслуживание и техническую поддержку. Очевидно, что на высоком техническом уровне заказчик самостоятельно не в состоянии быстро разрешить какие-либо проблемы, что как следствие приводит к простою сервера и оборачивается убытками для компании несоизмеримо бОльшими, чем возможная экономия.

Компания STSS обладает преимуществами, которые позволят Вам получить наиболее подходящее решение (сервер) и высококвалифицированную техническую и гарантийную поддержку.

Собственное производство, многолетний опыт, непрерывные исследования являются залогом качества продукции и профессионализма сотрудников.

Аббревиатура RAID изначально расшифровывалась как «Redundant Arrays of Inexpensive Disks» («избыточный (резервный) массив недорогих дисков», так как они были гораздо дешевле оперативной памяти). Именно так был представлен RAID своими исследователями: Петтерсоном (David A. Patterson), Гибсоном (Garth A. Gibson) и Катцом (Randy H. Katz) в 1987 году. Со временем RAID стали расшифровывать как «Redundant Array of Independent Disks» («избыточный (резервный) массив независимых дисков»), потому как для массивов приходилось использовать и дорогое оборудование (под недорогими дисками подразумевались диски для ПЭВМ). RAID служит для повышения надёжности хранения данных и/или для повышения скорости чтения/записи информации.

Беркли представил следующие уровни RAID, которые были приняты как стандарт де-факто:

• RAID 0 представлен как неотказоустойчивый дисковый массив.
• RAID 1 определён как зеркальный дисковый массив.
• RAID 2 зарезервирован для массивов, которые применяют код Хемминга. В настоящее время не используется.
• RAID 3, 4, 5 используют чётность для защиты данных от одиночных неисправностей. В настроящее время используется в основном только RAID 5.
• RAID 6 используют чётность для защиты данных от двойных неисправностей.

RAID 0

Схема RAID 0

RAID 0 («Striping») — дисковый массив из двух или более HDD с отсутствием избыточности. Информация разбивается на блоки данных (Ai) и записывается на оба/несколько диска поочередно.

За счёт этого существенно повышается производительность (в зависимости от количества дисков зависит кратность увеличения производительности), но страдает надёжность всего массива. При выходе из строя любого из входящих в RAID 0 винчестеров полностью и безвозвратно пропадает вся информация. В соответствии с теорией вероятностей, надёжность массива RAID 0 равна произведению надёжностей составляющих его дисков, каждая из которых меньше единицы, т. о. совокупная надёжность заведомо ниже надёжности любого из дисков.

RAID 1

Схема RAID 1

RAID 1 (Mirroring — «зеркало») имеет защиту от выхода из строя половины имеющихся аппаратных средств (в частном случае — одного из двух жёстких дисков), обеспечивает приемлемую скорость записи и выигрыш по скорости чтения за счёт распараллеливания запросов. Недостаток заключается в том, что приходится выплачивать стоимость двух жёстких дисков, получая полезный объем одного жёсткого диска.

Изначально предполагается, что жёсткий диск — вещь надёжная. Соответственно, вероятность выхода из строя сразу двух дисков равна (по формуле) произведению вероятностей, то есть ниже на порядки. К сожалению, данная теоретическая модель не достаточно полно отражает процессы, протекающие в реальной жизни. Так, обычно два винчестера берутся из одной партии и работают в одинаковых условиях, а при выходе из строя одного из дисков нагрузка на оставшийся увеличивается, поэтому на практике при выходе из строя одного из дисков следует срочно принимать меры — вновь восстанавливать избыточность. Для этого с любым уровнем RAID (кроме нулевого) рекомендуют использовать диски горячего резерва HotSpare. Достоинство такого подхода — поддержание постоянной надёжности. Недостаток — ещё большие издержки (то есть стоимость трёх винчестеров для хранения объёма одного диска).

RAID 5

Схема RAID 5

Cамый популярный из уровней, в первую очередь благодаря своей экономичности. Жертвуя ради избыточности ёмкостью всего одного диска из массива, мы получаем защиту от выхода из строя любого из винчестеров тома. На запись информации на том RAID 5 тратятся дополнительные ресурсы, так как требуются дополнительные вычисления, зато при чтении (по сравнению с отдельным винчестером) имеется выигрыш, потому что потоки данных с нескольких накопителей массива распараллеливаются.

Недостатки RAID 5 проявляются при выходе из строя одного из дисков — весь том переходит в критический режим, все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными манипуляциями, резко падает производительность. Если в таком режиме выйдет из строя еще один диск, то вся информация будет потеряна. Поэтому, с томом RAID5 очень желательно использовать диск HotSpare. Если во время восстановления массива, вызванного выходом из строя одного диска, выйдет из строя второй диск - данные в массиве разрушаются. Уровень RAID 6 допускает выход из строя двух и более дисков.

RAID 6

Похож на RAID 5 но имеет более высокую степень надежности — под контрольные суммы выделяется емкость 2-х дисков, рассчитываются 2 суммы по разным алгоритмам. Требует более серьезный процессор контроллера — сложная математика. Обеспечивает работоспособность после выхода из строя 2-х дисков.

Комбинированные уровни RAID 0+1, RAID 10, RAID 50, RAID 60

Помимо базовых уровней RAID 0 — RAID 5, описанных в стандарте, существуют комбинированные уровни RAID 10, RAID 0+1, RAID 30, RAID 50, RAID 60 которые различные производители интерпретируют каждый по-своему.

Суть таких комбинаций заключается в следующем

RAID 0+1 – это массив RAID-1 из двух массивов RAID-0. Как правило такой массив часто встречается на т.н. Host RAID-контроллерах. В случае с четырьмя дисками надежность и производительность соответствует RAID-10 из 4-х дисков.

RAID 10 — это массив RAID-0 из массивов RAID-1. Позволяет увеличивать производительность как у RAID-0 и иметь надежность выше чем у RAID-5. Теоретически допускает отказ до половины дисков. Гарантированно выдерживает отказ одного диска. Также достоинством данного массива является отсутствие требований к вычислительной мощности RAID-контроллера, а к недостаткам – потерю емкости половины всех дисков.

RAID 50 — это объединение в RAID-0 томов 5-го уровня. К такому решению прибегают, когда необходимо создать массив большой емкости из большого количества дисков. Дело в том, что чем больше дисков в массиве RAID-5, тем больше нагрузка на контроллер с расчетом контрольных сумм, и тем выше вероятность выхода из строя одновременно двух и более дисков, что неминуемо приведет к потере всей информации. Усугубляет ситуацию то, что в случае отказа одного из дисков, время восстановления массива на резервный диск (HotSpare) в течение которого массив остается беззащитным увеличивается пропорционально количеству дисков. Для решения этой проблемы применяется массив RAID 50. Уменьшая количество дисков томах RAID-5 мы снижаем время восстановления массива в случае сбоя, а также такой комбинированный уровень допускает выход из строя более одного диска из разных томов RAID-5.

RAID 60 — Аналогично RAID-50, только в качестве базовых "кирпичиков" используются тома RAID-6.

На сегодняшний день самым быстрым уровнем RAID является RAID-0. теоретически его производительность кратна суммарной производительности всех дисков входящих в массив. Однако, данный уровень является абсолютно ненадежным, что ограничивает его использование в серверах.

Отказоусточивые массивы (RAID-1, RAID-10, RAID-5 и RAID-6) имеют различную производительность под разной нагрузкой, а также удельную стоимость хранения мегабайта информации на них.

Рассмотрим производительность различных уровней RAID.

RAID 1

Самый простой в реализации массив. Недостаток – полезная емкость = ½ совокупной емкости дисков. Однако, этот недостаток с лихвой окупается низкой стоимостью реализации подобного массива в сервере, т.к. большинство современных адаптеров интерфейсов (интегрированных на материнских платах, т.е. по сути «бесплатных») «умеют» делать массивы RAID-0 и 1. Такие массивы не требуют ресурсоемких вычислений, поэтому легко реализуемы и как следствие дешевы.

Производительность RAID-1 на чтение теоретически вдвое превосходит производительность одиночного диска. На запись – равна скорости одиночного диска. Учитывая невысокую стоимость как дисков, так и контроллера – этот массив можно рекомендовать для применения в ненагруженных серверах.

RAID 5

Этот уровень массива предполагает вычисления контрольных сумм при записи, что накладывает дополнительную нагрузку на процессор сервера, либо создает необходимость в приобретении аппаратного RAID-контроллера, стоимость которого как правило составляет стоимость 3-4 жестких дисков. В ряде случаев, от RAID-5 можно отказаться в пользу RAID-1 с сохранением, либо даже увеличением емкости. Например: Вам нужно построить массив емкостью 500Гб. Это можно сделать двумя путями:

1. Купить RAID-контроллер и 3 диска по 250Гб, что при создании RAID-5 даст полезную емкость в 500Гб
2. Использовать встренный на материнскую плату RAID-1, купить два диска по 500Гб и объединить их в RAID-1 получив полезную емкость массива те же 500Гб

Стоимость второго решения, учитывая стоимость дисков может оказаться более чем в два раза ниже, чем первого. В данном случае RAID-5 не имеет приемуществ и по производительности. Наши исследования показали, что RAID-5 из трех дисков работает практически также, как RAID-1 из двух.

Однако, если в RAID-5 наращивать количество дисков, то его производительность на чтение растет практически линейно, что делает возможным использование такого типа массива в задачах, где преобладают операции чтения.

RAID 6

Использование данного массива целесообразно, когда количество дисков в массиве велико, и соответственно велика вероятность выхода из строя одновременно более одного диска. RAID-6 накладывает бОльшие требования к оборудованию по сравнению с RAID-5, что в целом снижает его производительность.

Современные RAID-контроллеры обладают мощными вычислительными ресурсами, которые позволяют провести переход с уровня RAID-5 к уровню RAID-6 без видимой потери производительности.

RAID 10

Массив сочетает в себе высокую надежность и производительно RAID-0. Производительность растет также как у RAID-0, с тем отличием, что элементами массива являются «наборы» RAID-1 из двух дисков. Массив обладает хорошей производительностью по записи и по чтению, что позволяет назвать его «универсальным». Однако, недостатком такого массива является большая потеря емкости исходных дисков (50%), что делает нерентабельным его использования в системах хранения данных с последовательным доступом.