WD отвечает

Игорь Федюкин

Хакер, номер #099, стр. 024

Хранение данных в серверных решениях от WD

Проблема надежного хранения информации в серверных системах встает даже для администратора небольшой компании. Зачастую данные, хранящиеся на жестких дисках, представляют огромную ценность для компании. Мы поговорили с Олегом Леонтьевым, техническим специалистом компании WD, об особенностях серверных решений Western Digital.

Х: Почему инженеры WD делают ставку на SATA в серверных винчестерах?

WD: Мы производим SATA-винчестеры, потому что интерфейс SATA сейчас полностью удовлетворяет большинству запросов. Давайте не будем убивать нишу SCSI, говоря, что рынка SCSI нет совсем. Нет, он есть, но это совершенно другие деньги и совершенно другие решения, и чаще всего они экономически не оправданы. Переход на SATA-диски в серверных решениях произошел потому, что они стали такими же надежными, как SCSI, однако по цене неоспоримо выиграли.

Х: Какие жесткие диски предлагает WD для использования в серверных системах?

WD: В серверных вариантах WD предлагает не обычные десктопные диски, а диски RAID Edition. По названию понятно, что они предназначены для работы в RAID-массивах. Эти диски обладают значительно более высокой надежностью, чем обычные desktop-варианты. Время наработки на отказ у них составляет 1000000 и 1200000 часов для первого и второго поколения RAID Edition соответственно.

Х: Каковы основные особенности серии дисков RAID Edition?

WD: Ну, первое, о чем мы уже сказали, - у них значительно большее время наработки на отказ. Понятно, что они дольше тестируются, они спроектированы более надежными. На все диски RAID edition распространяется пятилетняя гарантия. Но самой важной отличительной чертой этих дисков является TLER – ограничение времени на обработку ошибки. Если у диска произошел сбой, то он пытается восстановить данные. Что значит «произошел сбой»? Это значит, что головка прочитала какой-то сектор и у него оказалась неправильная контрольная сумма CRC. Для того чтобы понять, верно прочитаны данные или возник сбой, кроме 512 байт, в сектор записывается специальный блок данных для исправления ошибок. Изначально его размер был равен 40 байтам, а сейчас его увеличили до 74 байт. Почему нас интересуют эти странные числа? Дело в том, что мы можем приблизительно посчитать, какой процент диска мы теряем. Эти дополнительные 74 байта к каждому сектору мы пишем исключительно для надежности. Если произошла ошибка, то мы рассматриваем сектор не как 512+74 байта, а как некий единый блок, ведь сбой мог произойти и в дополнительных 74 байтах. Фактически, это просто некоторый блок данных, который мы можем проанализировать методами математики, выявить ошибку и исправить ее прямо на лету, нисколько не снижая производительности диска. Благодаря такой избыточности исправляется большая часть ошибок: на одну «серьезную» ошибку, которую не удается исправить на лету, приходится около миллиона исправленных на лету ошибок.

Х: А какие преимущества дискам WD дает собственно технология TLER?

WD: Допустим, возникла ошибка, и ее не удалось устранить на лету. Первое, что сделает диск, это подвигает головку по треку в одну и в другую сторону на 128 микрошагов. Если это не помогло, диск попробует поменять коэффициент усиления, применить другой цифровой фильтр и так далее. Однако на все это нужно время и в результате диск «задумается». А рейду надо работать! У контроллера задано время ожидания на ответ от диска (обычно устанавливается 8 секунд). Он не знает, почему диск задумался и не отвечает. Ограничение времени на обработку ошибки означает то, что по истечении семи секунд диск в любом случае даст ответ контроллеру с указанием кода ошибки. И при необходимости контроллер еще раз запишет на сбойный сектор эти же самые данные. После этого диск снова читает этот сектор. Есть два варианта дальнейшего развития событий. Если сектор действительно сбойный, диск перелокирует его в запасную зону, и дальше все пойдет в штатном режиме. Если же диск снова начинает читаться на этом же месте, значит, скорее всего, это был просто сбой по питанию или по диску ударили молотком. Но теперь сектор снова читается и без нашего участия за 7 секунд произошло самовосстановление работы рейда.

Х: Основным параметром надежности для дисков является MTBF (Mean time between failures). Как он рассчитывается и есть ли отличия в методике его расчета для desktop и серверных дисков?

WD: И для дисков RAID Edition, и для десктопных дисков MTBF измеряется при температуре 50 градусов. При более эффективном охлаждении диска, скажем, если он работает не на 50, а на 40 градусах, значение MTBF увеличивается примерно в 2 раза. А при температуре 30 градусов, соответственно, еще в 2 раза. Причем этого очень легко добиться при помощи обычного большого вентилятора (большого, чтобы шумел поменьше). Между дисками должен быть зазор, превышающий толщину пальца, чтобы диски хорошо охлаждались воздушной струей.

Х: Для каких целей оптимальнее всего применять SATA-массивы, по мнению WD?

WD: Есть диски RAID Edition и есть диски Raptor. RAID Edition – это дешево и надежно, если сравнивать со SCSI, а Raptor – это быстро и надежно. Исходя из этого, можно предположить, что если нам необходимо надежное и относительно недорогое решение, экономически оправдано будет использовать диски RAID Edition со скоростью вращения 7200 об/мин. Если же нас больше волнует скорость работы и мы готовы за это платить, тогда можно использовать Raptor. Raptor, с его 10000 об/мин, обеспечит быструю и надежную работу. А если нужно очень-очень быстро работать, а деньги роли не играют вообще, вот тогда мы можем ставить рейды из дисков SAS - дисков, которые крутятся еще быстрее, например со скоростью 15 тысяч об/мин.

Х: К каким параметрам SAS и SATA наиболее чувствительны серверные системы, по мнению инженеров WD?

WD: Есть 2 основных параметра: внутренняя скорость работы с диском и пропускная способность интерфейса. Последний параметр сейчас значительно превосходит первый. Даже старый параллельный интерфейс имеет большую пропускную способность, чем скорость работы с пластиной сейчас. Поэтому скорости интерфейса вполне хватает для того, чтобы не быть узким местом даже совместно с высокоскоростными дисками. Предположим, что у нас есть массив дисков, SAS или SATA. Для нас важна возможность считать или списать какие-то данные. Скорость интерфейса в обоих случаях играть роли не будет, потому что гораздо важнее, с какой скоростью диск сможет считать или записать данные. Наибольшая разница будет заметна по задержкам, то есть по времени, необходимому для того, чтобы провернуть пластину диска до места с запрашиваемыми данными. Чем выше скорость вращения шпинделя диска, тем быстрее он провернется и будет осуществлен доступ к этим данным. Поэтому на первый взгляд кажется, что диск с большей скоростью вращения тут выигрывает. Однако, во-первых, контроллеры стали умнее - если контроллер уже обращался к какой-то зоне, он может хранить весь трек в кэше. То есть туда вообще не придется прыгать и считывать данные. И во-вторых, есть технология переупорядочивания записи и чтения (примечание редактора NCQ – Native Command Queuing). Это когда можно прыгнуть на другой трек, его считать, а потом прыгнуть на тот трек, который был нам нужен, и считать его. Таким образом, паузу, в течение которой диск проворачивается, мы используем тоже с пользой, прочитав еще что-то по пути. Эта технология создания очередей из команд есть как на SAS, так и на SATA. Следовательно, в этом случае особенных преимуществ SAS перед SATA опять-таки не обнаруживается.

Х: А размер внутреннего буфера дает какой-то выигрыш в производительности?

WD: Конечно, дает. Например, можно больше хранить и меньше обращаться к диску. Но, во-первых, еще больший выигрыш дает правильный алгоритм кэширования, который применяется в диске. А во-вторых, на «правильных» контроллерах есть свои алгоритмы кэширования, но тут необходимо обсуждать уже конкретный контроллер.

Х: В некоторых ваших дисках применяется технология RAFF (Rotary Acceleration Feed Forward). Для чего она используется?

WD: В системе всегда есть вибрация: диск крутится, соседние диски крутятся, вентилятор крутится. Не бывает так, чтобы диск не дрожал. Чем больше растет плотность записи на диск, тем ближе друг к другу находятся дорожки и тем важнее, чтобы при вибрации головка с дорожки не соскакивала. Начиная с какого-то времени, это стало актуально. Первым диском, на котором отрабатывалась эта технология, был флагман - WD Raptor. Сейчас она также используется в дисках RAID Edition второго поколения.

Суть технологии RAFF заключается в том, что на диски ставится 2 датчика, которые измеряют, как диск вибрирует. Зная, как корпус диска трясся в предыдущие, допустим, 100 мс, можно предвидеть будущее примерно на 3-5 мс вперед и заранее дергать головку туда, куда, по нашему мнению, дернется диск. Таким образом, если у диска работает технология RAFF, он может работать при таких вибрациях (работать - значит держать головку на дорожке), при которых другие диски уже просто не работают. То есть если мы начинаем понемногу усиливать вибрацию, то производительность диска начинает потихонечку падать, потому что головка все чаще и чаще оказывается не на дорожке. Обычно это плавный график, уходящий до нуля. У Raptor производительность падает на 3-10% в условиях, при которых другие диски вообще перестают работать.