Home Lab Deep Dive: Immergiti nello spazio di archiviazione

Ora che abbiamo parlato dei server, se siete come me avrete scelto delle macchine piuttosto energivore che riscaldano il vostro piccolo ufficio domestico. Prima o poi vorrei tornare a vivere in una casa con la cantina, perché mi sembra un luogo ideale per questo tipo di apparecchiature, a meno che non abbiate già un vero e proprio locale tecnico dedicato. Passiamo ora a un altro elemento importante per il vostro laboratorio domestico: lo storage. Ci sono diverse decisioni da prendere in merito allo storage, e ognuna influenzerà il vostro laboratorio in modo diverso. In questo articolo, analizzeremo le differenze tra i vari tipi di dischi, controller, storage e protocolli di storage, in modo che siate perfettamente preparati a prendere la decisione migliore.

Unità

Le unità costituiscono una parte del tuo spazio di archiviazione. Oggi vengono utilizzati diversi tipi di unità, ciascuna delle quali può avere un impatto diverso sulla tua infrastruttura di archiviazione. Negli ultimi due decenni abbiamo fatto molti progressi nelle unità disco e negli SSD e non rallenteremo presto. Anche se non ero in giro per le unità disco originali, all'inizio erano macchine impressionanti che contenevano piccole quantità di dati rispetto a quelle odierne. I 4 tipi principali di dischi che esaminerò sono:

1. Unità SATA
2. Unità SAS
3. SSD
4. Unità M.2

SATA

SATA sta per Serial Advanced Technology Connection. La maggior parte dei computer domestici utilizza unità SATA. Sono economici e possono contenere grandi quantità di dati. Al momento della stesura di questo articolo, credo che il più grande sia di circa 16 Terabyte. Quando SATA 1.0 fu introdotto nel 2003, rappresentò un grande passo avanti rispetto alla tecnologia del disco rigido che sostituì, PATA o Parallel Advanced Technology Attack. Potevano trasferire molto più velocemente (originariamente 1.5 Gbit/s o 150 MB/s) rispetto alle unità in uscita, che arrivavano al massimo a 133 MB/s. Offrivano inoltre funzionalità come un hot plug migliore (collegamento di un disco rigido mentre il sistema è acceso) e un connettore del cavo molto più piccolo che utilizza solo 7 pin invece di 40 o 80. Dalla sua introduzione, SATA ha evoluto diverse revisioni fino al punto in cui siamo Oggi. SATA 3.0 o Serial ATA-600 è l'iterazione attuale e ha migliorato notevolmente le prestazioni. Come avrai intuito, le velocità di trasferimento attuali arrivano fino a 600 MB/s e nelle versioni provvisorie sono state aggiunte più funzionalità, come Native Command Queueing, che ha aumentato le prestazioni. Come accennato all'inizio, il fattore principale di questi dischi è la quantità di dati che contengono e il prezzo. Offrono buone prestazioni e sono più che sufficienti per la maggior parte dei laboratori domestici.

SAS

I successivi sono le unità SAS. Le unità SAS o Serial attached SCSI sostituivano i vecchi dischi Parallel SCSI. SAS è entrata sul mercato nel 2004 con il SAS-1. I dischi SCSI o Small Computers System Interface funzionano diversamente da SATA. SAS ha affrontato molti dei problemi originari legati alla necessità di fornire indirizzi ai dischi e altri grattacapi che dovevano affrontare gli amministratori di sistema. Le unità SAS utilizzano un set di comandi diverso basato sul set di comandi SCSI originale e sono più intelligenti. Le unità SAS sono anche più veloci di SATA. Ciò è dovuto in parte al set di comandi, ma anche all'interfaccia stessa e alla velocità del perno del piatto del disco. SAS è anche full duplex, il che significa che può trasmettere e ricevere contemporaneamente. I piatti del disco rigido che utilizzano possono girare fino a 15,000 giri al minuto. I dischi SATA girano a 7,200 giri/min o più lentamente. Utilizzano inoltre tensioni più elevate che consentono lunghezze dei cavi più lunghe. Le velocità attuali di SAS-4 (versione attuale) sono 22.5 Gbit/s o circa 2500 MB/s. Troviamo dischi SAS nei server aziendali e sono più costosi. Sono ottimi da usare nel tuo laboratorio domestico, ma ti costeranno di più e di solito sono dischi più piccoli.

Esiste un tipo di unità che può creare confusione. Unità NL-SAS. Si tratta di unità SATA con interfaccia SAS. Sono stati introdotti come un modo economico per ottenere più spazio di archiviazione sui server aziendali. Sono più affidabili delle normali unità SATA e il prezzo è a metà strada.

SSD

Gli SSD sono veloci. Non c'è dubbio: avrei tutti gli SSD del mio laboratorio di casa se potessi permettermelo. SSD sta per Solid State Drives e non utilizzano piatti del disco; usano chip di memoria per archiviare i tuoi dati. Per questo motivo sono ordini di grandezza più veloci rispetto alle unità discusse in precedenza. Poiché SSD descrive principalmente la tecnologia di archiviazione, puoi trovare SSD con SATA, SAS, NVMe e altre interfacce. Gli SSD utilizzano chip diversi e la loro velocità varia a seconda dei chip e dei controller utilizzati. Anche se non entrerò nei livelli più profondi della tecnologia SSD, ti lascerò con quanto segue. Esistono chip SLC, MLC, TLC e QLC. L'ordine in cui li ho elencati è l'ordine della velocità. Più il chip è lento, più economico sarà, quindi se li usi puoi scegliere di conseguenza.

M.2

L'ultimo tipo di unità di cui parleremo sono gli SSD M.2. Usano anche SSD e possono utilizzare set di comandi SATA o set di comandi NVMe. Se utilizzi il normale set di comandi SATA (c'è anche una differenza nell'interfaccia fisica) avrà all'incirca la stessa velocità di un normale SSD SATA, raggiungendo un massimo di circa 600 MB/s. Gli SSD NVMe possono raggiungere velocità fino a 5 GB/s utilizzando le nuove schede madri AMD. Anche utilizzando la tecnologia "più vecchia", possiamo ancora raggiungere velocità di lettura di 3500 MB/s. Le unità NVMe utilizzano percorsi diretti al processore per raggiungere la loro velocità impressionante. Il prezzo di questi è diminuito molto negli ultimi due mesi, ma sono ancora circa $ 100 USD per le unità NVMe da 1 Terabyte più economiche. Tieni presente che anche su queste unità vengono utilizzati chip di velocità diversi (QLC ecc.), poiché sono SSD.

Sulla base delle informazioni di cui sopra puoi prendere decisioni valide sul tipo di unità in cui desideri consistere. Ricorda inoltre che è molto possibile combinare i tipi di cui sopra in base alle necessità e al supporto della scheda madre o della scheda RAID. In effetti, la maggior parte delle aziende utilizzerà unità NL-SAS o SATA per l'archiviazione di archivi o informazioni meno recenti e utilizzerà SAS o SSD o un mix di essi per i dati principali. In molti dispositivi di archiviazione diversi, è possibile creare diversi "livelli" di servizio. Ad esempio, l'archiviazione a caldo e a freddo e il dispositivo sposterà i dati tra di loro a seconda della frequenza con cui si accede ai dati. Sperimentalo un po'.

Controller

Dopo aver acquistato le unità, devi essere in grado di controllarle. Proprio come le unità, i controller hanno diversi livelli di prestazioni. Generalmente ne scegli uno in base all'interfaccia che devi supportare e al livello di protezione che desideri utilizzare.

La nomenclatura può essere un po' confusionaria in questi casi. Fortunatamente, di solito è disponibile un'ottima documentazione che può aiutarti a prendere la decisione. Dell ha una pagina web che ti aiuta a capire quale controller ti serve. Se visiti questa pagina, troverai un'ottima tabella comparativa che elenca tutte le caratteristiche dei loro controller attuali. Nella maggior parte dei controller che potresti acquistare per server più vecchi, le funzionalità saranno leggermente inferiori. Alcune colonne potrebbero non essere intuitive, quindi le analizzerò.

• Modello = Nome della carta
• Supporto interfaccia = questo è il tipo di dischi rigidi supportati dalla scheda.
• Supporto PCI = Questa è la versione dello slot sulla scheda madre richiesta dalla scheda per funzionare
• Connettori SAS = Numero di dischi rigidi supportati e se sono interni al server o esterni (collegati tramite una porta)
• Dimensione memoria cache = Questo è importante in quanto gioca un ruolo importante nelle prestazioni. Ad un livello elevato è qui che la scheda scarica i comandi dal sistema operativo e li trattiene finché non li esegue. Maggiore è la cache, più velocemente potrai riprendere il controllo del tuo sistema operativo o dell'applicazione per passare all'operazione successiva. Quindi più grande di solito è meglio in questo caso.
• Write Back Cache = Questo è il modo in cui i dati nella cache (menzionati sopra) vengono protetti in caso di interruzione di corrente. Le schede più vecchie come l'H700 utilizzavano le batterie nel caso in cui il server perdesse potenza per mantenere tutti i comandi che non erano ancora stati trasferiti sul disco. La limitazione era che se l'alimentazione non fosse stata ripristinata presto, la batteria si sarebbe esaurita e sarebbe stato necessario sostituirla quando la batteria non fosse più in buone condizioni. Flash Backed non ha questa limitazione e utilizza condensatori per fornire energia per scrivere nella cache e conservare le informazioni finché i comandi non possono essere scaricati su disco.
• Livelli RAID = Questo è il livello di protezione RAID supportato dal controller
• Max Drive Support = Questo è il numero di unità supportate dalla scheda.
• Supporto RAID = Questa colonna delinea se il processo RAID viene eseguito tramite hardware o software. Se viene eseguito tramite software, quale software è supportato. Mentre il RAID software è diventato più veloce, il RAID hardware sarà sempre più veloce. In alcune circostanze potresti scegliere di utilizzare il software (ad esempio se hai dischi di dimensioni diverse da combinare), ma ti consiglio vivamente di rimanere con l'hardware se il tuo budget lo consente.

La matrice più simile che sono riuscito a trovare per i controller HP è la seguente. Qui si trovano i controller Gen10 (i più recenti al momento) e qui i controller Gen8, che sono quelli che si trovano nella maggior parte dei server economici su eBay. Questi documenti contengono maggiori informazioni tecniche sui controller, trattandosi di materiale di marketing, ma i campi importanti sopra indicati sono comunque utilizzati. L'abbreviazione di Flash Based Write Cache è FWBC.

Approcci diversi: NAS commerciale, NAS realizzato in casa o archiviazione locale

Ora hai una migliore comprensione dell'hardware coinvolto nello storage del tuo laboratorio domestico. Il che ti lascia con una nuova decisione. Desideri avere solo spazio di archiviazione locale (unità nel tuo server) o desideri utilizzare l'archiviazione condivisa? Ovviamente dobbiamo approfondire queste opzioni un po’ di più.

• Archiviazione locale: si tratta di archiviazione direttamente collegata al tuo server. Questo può anche essere definito Direct attached storage o DAS. Possono essere dischi alloggiati all'interno del server o un'unità contenitore e collegati con un cavo SAS. Il vantaggio di ciò è che non è necessario acquistare hardware o server aggiuntivi. Un altro è la semplicità di installazione. È possibile impostare il livello RAID e il formato nel sistema operativo e procedere. Poi c'è la velocità. Direct attached sarà sempre più veloce dell'archiviazione condivisa. Gli svantaggi sono che puoi utilizzare lo spazio di archiviazione solo direttamente su quel server.
• Archiviazione condivisa: questa archiviazione è costituita da dischi rigidi in un contenitore che esegue un sistema operativo di archiviazione di qualche tipo. Questo spazio di archiviazione viene condiviso sulla rete per essere utilizzato. Esistono due tipi di archiviazione condivisa utilizzati dai laboratori domestici.
  • Archiviazione a livello di blocco: di solito utilizza un protocollo chiamato iSCSI. Essenzialmente inviando comandi SCSI sulla rete. Questo protocollo viene utilizzato per presentare lo spazio di archiviazione che al sistema operativo assomiglia a dischi rigidi grezzi. Sarà necessario formattarli per utilizzarli. Il controllo del file system e dei file sui dischi viene effettuato dai server remoti con cui è condiviso. Esistono altri sistemi di archiviazione a livello di blocco come Fibre Channel, ma non li esaminerò qui perché non sono comuni per i laboratori domestici.
  • Archiviazione a livello di file: utilizza il protocollo NFS o SMB. NFS è l'acronimo di Network File System e SMB sta per Server Message Block. Ciascuno di questi protocolli è stato migliorato e solitamente viene indicato con la versione utilizzata, ovvero NFSv3 o SMBv3. Ogni nuova versione si basa sulle caratteristiche e capacità della precedente. Invece di presentare l'archiviazione grezza al sistema operativo, l'archiviazione a livello di file presenta una condivisione o un montaggio sui server. Il computer che controlla i dischi controlla anche il file system e i file su di esso.

Qual è la soluzione migliore? Come accennato, dipende. Se si dispone di un solo server, l'archiviazione locale va benissimo ed è probabilmente l'opzione più veloce per le proprie esigenze. Se invece è necessario condividere l'archiviazione tra server, è consigliabile valutare l'acquisto di una soluzione di storage condiviso. Tra le due opzioni, preferisco monitorare il modello aziendale che sto cercando di apprendere. Se la mia azienda utilizza iSCSI, voglio imparare a utilizzarlo. Personalmente, preferisco iSCSI. Il motivo principale è la velocità. iSCSI è generalmente un po' più veloce e supporta il multipathing (più di un percorso dati verso lo storage) meglio di NFS. SMB è generalmente utilizzato solo in ambienti Windows e attualmente non è molto diffuso negli ambienti aziendali. Siete liberi di non essere d'accordo con me sulla questione iSCSI vs NFS. La mia ricerca si basa su un paio di fonti, come questo documento . Ci sono molti sostenitori per entrambe le soluzioni. A dire il vero, NFS è più facile da configurare. Ma questo è un argomento per un altro post del blog.

Archiviazione condivisa precostruita vs fai-da-te

Se sei arrivato così lontano, devi decidere se vuoi provare a creare la tua soluzione di archiviazione condivisa o se desideri acquistare una soluzione già pronta.

Esistono diverse ottime soluzioni offerte da aziende come QNAP e Synology, solo per citarne alcune. Molte aziende producono queste soluzioni e offrono diverse funzionalità comuni. Anche StorageReview.com ne ha recensite diverse , e queste recensioni possono esservi d'aiuto nella scelta. Alcuni punti da tenere a mente sono le funzionalità di cui avrete bisogno o che desiderate e la possibilità di espansione futura. La maggior parte delle unità preassemblate supporta NFS/SMB/e iSCSI. Alcune unità più piccole potrebbero avere difficoltà a fornire una larghezza di banda dati sufficiente per il vostro ambiente, quindi dovrete valutare di conseguenza. La maggior parte di queste soluzioni condivide diverse caratteristiche. Sono generalmente più piccole dei server e consumano meno energia. Ogni azienda ha il proprio sistema operativo, di solito una distribuzione Linux sviluppata internamente. Potrebbe essere necessaria una configurazione, ma in genere è più semplice rispetto a un sistema fai-da-te. Personalmente, preferisco questa soluzione perché è semplice e, a meno che non dobbiate gestire server di storage, non c'è una reale necessità di progettare qualcosa da zero.

Tuttavia, ci sono ottimi motivi per optare per una soluzione di storage fai-da-te. La maggior parte delle unità preassemblate ha un costo piuttosto elevato e, nella maggior parte dei casi, sono difficili da aggiornare. Se possibile, di solito è necessario utilizzare il loro hardware per l'aggiornamento. Se questi motivi non vi soddisfano, allora questa è la strada da percorrere. Potete acquistare un normale case tower o anche un case rack. Potete utilizzare un PC standard o assemblarne uno da zero. Dovrete decidere quale sistema operativo utilizzare. Windows o Linux sono generalmente le due opzioni principali. Il software da utilizzare per la condivisione dello storage è un po' più complesso, proprio perché esistono diverse alternative. Molti appassionati di home lab utilizzano un sistema operativo chiamato FreeNAS. Richiede un po' più di configurazione, ma è disponibile un'ampia assistenza online. FreeNAS è di gran lunga una delle opzioni più popolari e, come suggerisce il nome, è gratuito. Tutto il software è gratuito, a parte il tempo necessario per la configurazione. Potreste anche utilizzare Windows Server, ma ovviamente questo comporta dei costi. Ecco i 5 migliori pacchetti software secondo how2shout.com :

1. FreeNAS
2. NAS4Free / XigmaNAS
3. OpenMediaVault (OMV)
4. Apri file
5. negozio di rocce

Personalmente attualmente ho due unità. Il primo è un Synology e ha 4 “baie” ovvero può accettare 4 dischi rigidi. Ciò consente una discreta velocità e dispone di 2 connessioni di rete per fornire percorsi multipli o una connessione di rete in standby. Attualmente sono disponibili dischi rigidi fino a 14 Terabyte, ma volevo qualche funzionalità in più, quindi ora ho un'unità QNAP. Questo ha 9 alloggiamenti e può accettare 5 unità della dimensione più grande da 3.5” e 4 della dimensione più piccola da 2.5”. Offre anche qualcosa chiamato Smart Tiering. Il tiering è un concetto originariamente applicato alle unità di stoccaggio più costose. Il tiering consiste nel prendere due o più velocità di dischi e nell'utilizzarle in modo intelligente. Il software sull'unità di archiviazione controlla la frequenza con cui vengono utilizzati i dati. Se utilizzato molto, lo sposterà su un disco a velocità maggiore in modo che sia più veloce per gli utenti. Il concetto utilizza le idee di stoccaggio “caldo” e “freddo”. Più qualcosa viene utilizzato, viene spostato nell'hot storage. Al contrario, meno qualcosa viene utilizzato, più freddo è e viene spostato nelle unità di conservazione a freddo o nelle unità con prestazioni più lente. Ciò consente a un'azienda di acquistare dischi meno costosi come le unità SATA per i dati che non vengono utilizzati molto.

Questo copre la sezione di archiviazione. Ti guiderò attraverso la configurazione della mia unità QNAP da zero quando arriveremo alla sezione di configurazione di questa serie di blog. In questo modo puoi farti un'idea migliore attraverso quel blog e anche da altri qui su StorageReview.com per decidere la migliore soluzione di archiviazione per il tuo laboratorio domestico.

– Mike Wilson @IT_Muscle

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