13.11.2013

Многоуровневое хранение как основной принцип организации центра обработки данных

Технологии хранения данных быстро изменяются. Создание информации и обмен ею происходят с огромной скоростью. Международные организации, небольшие компании и индивидуальные пользователи всё шире применяют хранилища данных и хотят мгновенно получать доступ к информации, независимо от того, где они находятся и на каких устройствах работают.

Повышение скорости доступа к Интернету, широкое использование ИТ-систем на рабочих местах, постоянный доступ к 3D-видео и видеороликам высокой чёткости, рост популярности социальных сетей, - всё это приводит к тому, что создание и хранение самых разнообразных материалов в цифровом виде приобретает небывалые масштабы, а компании рискуют просто захлебнуться от избытка данных. По оценкам IDC (International Data Corporation - международная аналитическая фирма, специализирующаяся на исследованиях рынка информационных технологий), в 2011 году в мире было создано и реплицировано более 1,8 ЗБ данных. Этот объём информации эквивалентен 200 млрд видеороликов высокой чёткости, которые могли бы храниться в 57,5 млрд планшетов iPad с внутренней памятью 32 ГБ каждый.

Компаниям всё чаще требуются экономически эффективные решения, которые позволят удовлетворять постоянно растущие потребности в хранении информации, а также смогут обеспечивать резервирование данных и их доступность, безопасность и высокую скорость извлечения.

Сегодня большая часть цифровых данных по-прежнему хранится на жёстких дисках, которые составляют основу практически всех корпоративных центров обработки данных. Хотя твердотельные накопители имеют более низкое энергопотребление и обеспечивают меньшее время доступа, многие пользователи отдают предпочтение жёстким дискам, поскольку они всё ещё значительно дешевле и отличаются более высокими эксплуатационными характеристиками.

Твердотельные накопители (solid state drive, SSD) называют будущим рынка хранения данных. Но способна ли эта технология справиться с надвигающейся на нас цифровой лавиной?

Производительность

Производительность жестких дисков всегда будет зависеть от их механических компонентов.

Чтобы обеспечить необходимую скорость перемещения и точность позиционирования этих компонентов, их работой необходимо постоянно управлять. Конструкция жестких дисков включает вращающиеся магнитные пластины и головки чтения-записи, которые закреплены на кронштейне устройства позиционирования и находятся непосредственно над поверхностью пластин. Жесткий диск разбит на цилиндры, дорожки и секторы, в которых хранятся данные. Запись и считывание данных выполняются путём создания магнитного поля и анализа его изменения.

Поскольку жёсткий диск должен перемещать головки чтения-записи в нужное положение, а также в некоторых ситуациях раскрутиться, чтобы достичь требуемой скорости, при записи и чтении неизбежно возникают задержки. Кроме того, время доступа к данным увеличивается вследствие задержек, возникающих при обработке команд, поиске, ожидании поворота диска и передаче информации.

В отличие от жёстких дисков, SSD не содержат движущихся механических частей, а при их работе не возникает задержек, вызванных перемещением, поиском или вращением компонентов устройства. SSD хранят данные во флеш-памяти типа NAND, разбитой на микросхемы, блоки и страницы. Кроме того, данные объединены в кластеры и секторы. В устройствах eSSD кластер состоит из 8 секторов и является минимальным считываемым блоком информации.

Среди главных преимуществ этой технологии - повышение скорости обмена данными и увеличение числа операций ввода-вывода, выполняемых в секунду (IOPS). Однако у SSD существуют ограничения, связанные со сроком службы. В процессе использования (особенно в корпоративном сегменте) SSD могут подвергаться высокой нагрузке вследствие сохранения больших объемов данных о транзакциях, в ходе которого количество операций записи будет значительно превышать количество операций чтения. От частоты перезаписи данных зависит срок службы накопителя SSD.

Стоимость

Цена - это основное преимущество жёстких дисков по сравнению с SSD. Стоимость одного гигабайта пространства на них меньше, чем на SSD. Поэтому жёсткие диски чаще используются в корпоративных центрах хранения данных. Однако если сравнивать абсолютную стоимость устройств (особенно устройств малого объёма), SSD зачастую оказываются дешевле.

Хотя SSD стоят больше жёстких дисков и из-за этого по-прежнему используются преимущественно в оборудовании высокого класса, благодаря снижению цен на память NAND и тенденции к уменьшению размера устройств положение дел изменяется.

Разумеется, при определении цены устройств не учитываются затраты на эксплуатацию и совокупная стоимость владения. С точки зрения этих параметров более высокое быстродействие и эффективность значительно увеличивают привлекательность SSD.

Ёмкость

Жёсткие диски на данный момент всё ещё имеют гораздо большую ёмкость, чем SSD. Предназначенные для корпоративного рынка жёсткие диски могут хранить более 4 ТБ данных. Недавно компания Toshiba объявила о выходе накопителей eSSD объёмом до 1,6 ТБ, способных передавать данные на скорости до 12 Гбит/с и использующих высокоэффективный механизм коррекции ошибок (ECC).

Кроме того, жёсткие диски способны обеспечить более высокую плотность хранения, чем SSD, и могут принимать больше данных из расчета на единицу объёма. Если сравнивать устройства одного типоразмера, то для того, чтобы заменить 2 жёстких диска ёмкостью 4 ТБ каждый, необходимо пять устройств eSSD вместимостью по 1,6 ТБ. А поскольку объём свободного пространства в ЦОДе обычно ограничен, более высокая плотность хранения данных заставляет организации использовать жёсткие диски.

Энергопотребление

SSD не имеют движущихся механических частей, не так сильно нагреваются при работе и потребляют меньше электроэнергии, чем жёсткие диски такого же объёма. Это позволяет достичь более высоких значений IOPS на один ватт и может стать значительным преимуществом для организаций, которым необходимо снизить энергозатраты на чтение и запись данных, а также на охлаждение дата-центра.

Срок службы

В отличие от магнитных пластин, ячейки памяти NAND имеют ограниченный срок службы, который сокращается по мере выполнения операций удаления и записи данных. Срок службы твердотельного накопителя зависит от типа используемой флеш-памяти NAND. Как правило, многоуровневые ячейки памяти (MLC), которые применяются в SSD, ориентированных на индивидуальных пользователей, рассчитаны на 10 тысяч циклов, а одноуровневые (SLC), применяемые в накопителях eSSD, способны выдержать до 100 тысяч.

Как выбрать лучшее сочетание технологий?

Прежде чем выбирать решение для хранения данных, необходимо тщательно проанализировать потребности организации.

В ряде случаев в корпоративной среде при высокой нагрузке, требующей передачи больших объёмов данных, целесообразно применять модель многоуровневого хранения.

Она предполагает хранение информации с использованием как жёстких дисков, так и накопителей SSD. При этом местоположение хранимых данных выбирается таким образом, чтобы обеспечить оптимальное сочетание стоимости решения и скорости получения данных с устройства хранения.

Наиболее эффективная форма хранения определяется автоматически на основании требований к стоимости, производительности, доступности, защите и скорости извлечения. Архитектура многоуровневого хранилища использует основные преимущества жёстких дисков и накопителей eSSD, позволяя создавать решения для хранения с учётом требуемых частоты и скорости обращения к данным.

Скорость доступа упорядочивается по убыванию - от самой высокой на вершине пирамиды до самой низкой у её основания. Нижний уровень включает автономные и вторичные данные, необходимые для создания архивов и обеспечения соответствия нормативным требованиям. Эти данные обычно хранятся на жестких дисках со скоростью вращения 7200 об/мин. На более высоких уровнях, вплоть до вершины пирамиды, будут храниться данные, необходимые важным коммерческим приложениям, и информация, которая должна быть доступна в режиме реального времени. На этих уровнях для хранения применяются более быстрые жёсткие диски со скоростью вращения 10000 об/мин. На вершине пирамиды находятся накопители eSSD, обеспечивающие высочайшую скорость доступа и используемые для хранения наиболее важной информации, к которой необходимо часто обращаться.

Сочетание большой ёмкости жестких дисков и присущей SSD высокой скорости чтения с произвольным доступом предоставляет организациям удобные возможности оптимизировать работу как с важными коммерческими данными, так и с мультимедийными файлами большого объёма. При этом жёсткие диски образуют основу решения, предоставляя большой объём пространства для хранения данных, а SSD дополняют его, обеспечивая быстрый доступ к наиболее важной информации.

Многоуровневые системы хранения проектируются таким образом, чтобы минимизировать энергопотребление путём передачи данных в наиболее подходящий "раздел" или "слой" хранения. Оптимальный выбор носителей для хранения и извлечения данных позволяет добиться минимального энергопотребления и тепловыделения, что очень важно для корпоративных центров хранения и обработки данных.

Заключение

Хранилища данных с многоуровневой архитектурой предоставляют широкие возможности и используют как устройства eSSD, так и традиционные жесткие диски. При этом eSSD обеспечивают высокую скорость доступа к часто используемым данным с минимальными затратами электроэнергии, а жесткие диски большой ёмкости, которые можно отключать на то время, когда они не используются, хранят обширные массивы менее востребованной информации.

Распределяя данные в соответствии с потребностями в доступе к ним, компании могут создавать эффективные многоуровневые решения, удовлетворяющие всем требованиям к хранению информации.

Твердотельные накопители не следует рассматривать как замену жёстким дискам: это продукт, дополняющий существующие инфраструктуры и расширяющий их возможности. А по мере снижения цен на память NAND область применения SSD будет увеличиваться. Учитывая технологические возможности жёстких дисков и SSD, можно сказать, что они будут сосуществовать на рынке хранения данных ещё долгие годы.

Ник Спитл

Источники:

1. computerra.ru