ホームラボの詳細: ストレージの詳細

これでサーバーは片付きました。もしあなたが私と同じなら、あなたの小さなホームオフィスを熱くするような、電力消費の激しいマシンを選んでしまったことでしょう。いつか地下室のある家に引っ越したいと思っています。地下室は、家に配線用のクローゼットが備え付けられていない限り、こうした機器を置くのに最適な場所のように思えます。次に、ホームラボのもう1つの重要な要素であるストレージについて説明します。ストレージに関しては、いくつかの決定を下す必要があり、それぞれがラボに少しずつ異なる影響を与えます。この記事では、ディスクの種類、コントローラー、ストレージ、ストレージプロトコルの違いについて説明し、あなたが最適な決定を下せるように準備を整えます。

ドライブ

ドライブはストレージの一部です。現在使用されているドライブにはいくつかの種類があり、それぞれがストレージ インフラストラクチャに異なる影響を与える可能性があります。過去 4 年間にわたり、当社はディスク ドライブと SSD において多くの進歩を遂げてきましたが、その勢いはすぐには衰えません。私はオリジナルのディスク ドライブを使用していませんでしたが、当初は、今日と比べて少量のデータを保持する優れた機械として始まりました。ここで説明する XNUMX つの主なディスク タイプは次のとおりです。

1. SATA ドライブ
2. SAS ドライブ
3. SSD
4. M.2 ドライブ

SATA

SATA は Serial Advanced Technology Attachment の略です。家庭用コンピュータのほとんどは SATA ドライブを使用しています。安価で大量のデータを保持できます。この記事を書いている時点では、最大でも 16 テラバイト程度だと思います。 1.0 年に SATA 2003 が導入されたとき、SATA 1.5 は、それに代わるハード ドライブ テクノロジである PATA (Parallel Advanced Technology Attachment) を大きく飛び越えました。送信ドライブよりもはるかに高速に転送できます (当初は 150Gbit/s または 133 MB/s)。最大速度は 7 MB/s でした。さらに、より優れたホットプラグ（システムの電源が入っているときにハードドライブを接続する）や、40 ピンや 80 ピンではなく 3.0 ピンのみを使用するはるかに小型のケーブル コネクタなどの機能も提供されました。導入以来、SATA はいくつかの改訂を経て、現在に至るまで進化してきました。今日。 SATA 600 またはシリアル ATA-600 は現在のバージョンであり、パフォーマンスが大幅に向上しています。ご想像のとおり、現在の転送速度は最大 XNUMX MB/秒で、暫定バージョンではネイティブ コマンド キューなどの機能が追加され、パフォーマンスが向上しました。冒頭で述べたように、これらのディスクの主な要因は、ディスクに保持されるデータ量と価格です。優れたパフォーマンスを提供し、ほとんどの家庭用ラボには十分です。

SAS

次は SAS ドライブです。 SAS ドライブまたはシリアル接続 SCSI は、古いパラレル SCSI ディスクの代替品でした。 SAS は 2004 年に SAS-1 で市場に参入しました。 SCSI または小型コンピュータのシステム インターフェイス ディスクは、SATA とは異なる動作をします。 SAS は、ディスクにアドレスを与える必要があるという当初の問題や、システム管理者が対処しなければならなかったその他の問題の多くを解決しました。 SAS ドライブは、元の SCSI コマンド セットに基づいて異なるコマンド セットを使用し、よりインテリジェントになります。 SAS ドライブは SATA よりも高速です。これの一部はコマンド セットによるものですが、インターフェース自体とディスク プラッタ スピンドルの速度によるものでもあります。 SAS は全二重でもあり、送信と受信を同時に行うことができます。彼らが使用するハードドライブのディスクプラッタは、15,000 RPM もの高速で回転します。 SATA ディスクは 7,200 RPM 以下で回転します。また、より高い電圧を使用するため、ケーブルの長さも長くなります。 SAS-4 (現在のバージョン) の現在の速度は 22.5 Gbits/s、つまり約 2500 MB/s です。エンタープライズ サーバーでは SAS ディスクが使用されていますが、それらはより高価です。これらは自宅の研究室で使用するのに最適ですが、コストが高く、通常はディスクが小さくなります。

混乱を招く可能性のあるドライブの種類が 1 つあります。 NL-SAS ドライブ。これらは、SAS インターフェースを備えた SATA ドライブです。これらは、エンタープライズ サーバーでより多くのストレージを安価に取得する方法として導入されました。通常の SATA ドライブよりも信頼性が高く、価格は中間程度になります。

SSD

SSDは速いです。疑いの余地はありません。余裕があれば、すべてを自宅のラボ用 SSD に入れるでしょう。 SSD はソリッド ステート ドライブの略で、ディスク プラッタを使用しません。データを保存するためにメモリチップを使用します。このため、これまでに説明したドライブよりも桁違いに高速です。 SSD は主にストレージ テクノロジーを表すため、SATA、SAS、NVMe などのインターフェイスを備えた SSD を見つけることができます。 SSD はいくつかの異なるチップを採用しており、その速度は使用されるチップとコントローラーによって異なります。 SSD 技術のより深いレベルには立ち入りませんが、以下の内容を残しておきます。 SLC、MLC、TLC、QLC チップがあります。リストした順序は速度の順です。遅いチップほど安価になるため、使用する場合はそれに応じて選択できます。

M.2

最後に説明するドライブのタイプは M.2 SSD です。また、SSD も使用され、SATA コマンド セットまたは NVMe コマンド セットのいずれかを使用できます。通常の SATA コマンド セット (物理インターフェイスにも違いがあります) を使用する場合、通常の SATA SSD とほぼ同じ速度となり、最大約 600 MB/秒になります。 NVMe SSD は、AMD の新しいマザーボードを使用すると、最大 5GB/s の速度に達します。 「古い」テクノロジーを使用しても、3500 MB/秒の読み取り速度を達成できます。 NVMe ドライブはプロセッサへのダイレクト パスを使用して、驚異的な速度を実現します。これらの価格はここ数か月で大幅に下がっていますが、最も安価な 100 テラバイト NVMe ドライブでもまだ約 1 ドルです。これらのドライブは SSD であるため、さまざまな速度のチップ（QLC など）も使用されていることに注意してください。

上記の情報に基づいて、どのタイプのドライブで構成するかを適切に決定できます。必要性とマザーボードまたは RAID カードのサポートに基づいて、上記のタイプを混合することが非常に可能であることにも注意してください。実際、ほとんどの企業はアーカイブや古い情報のストレージに NL-SAS または SATA ドライブを使用し、メイン データには SAS または SSD、またはそれらの組み合わせを使用します。さまざまなストレージ デバイスで、サービスのさまざまな「階層」を作成できます。ホット ストレージとコールド ストレージなど、デバイスはデータへのアクセス頻度に応じてストレージ間でデータを移動します。少し試してみてください。

コントローラ

ドライブを購入したら、ドライブを制御できるようにする必要があります。ドライブと同様に、コントローラーにもさまざまなレベルのパフォーマンスがあります。通常は、サポートする必要があるインターフェイスと使用したい保護レベルに基づいて選択します。

これらの製品名は少々紛らわしいかもしれません。幸いなことに、通常は適切なドキュメントが用意されており、選択の判断に役立ちます。Dell の Web ページでは、必要なコントローラーを見つけるのに役立ちます。このページには、現在のコントローラーのすべての機能を一覧にした優れた比較表があります。古いサーバーで購入できるコントローラーのほとんどは、機能が若干少なくなっています。一部の列の意味が分かりにくい場合もあるので、説明します。

• モデル = カードの名前
• インターフェイスのサポート = これは、カードがサポートするハードドライブのタイプです。
• PCI サポート = これは、カードが動作するために必要なマザーボード上のスロットのバージョンです
• SAS コネクタ = サポートされているハード ドライブの数と、それらがサーバーの内部にあるのか、外部 (ポートで接続されている) のか。
• キャッシュ メモリ サイズ = これはパフォーマンスに大きな役割を果たすため重要です。大まかに言うと、これはカードが OS からコマンドをオフロードし、コマンドが実行されるまで保持する場所です。キャッシュが大きいほど、制御を OS またはアプリケーションに早く戻して次の操作に移ることができます。したがって、この場合、通常は大きい方が良いです。
• ライトバック キャッシュ = これは、停電の場合にキャッシュ (前述) 内のデータが保護される方法です。 H700 などの古いカードは、サーバーの電源が失われた場合に、まだディスクに送信されていないコマンドを保持するためにバッテリーを使用していました。制限としては、電力がすぐに復旧しないとバッテリーが切れてしまい、バッテリーが切れたら交換する必要があるということでした。 Flash Backed にはその制限がなく、コンデンサを使用してキャッシュに書き込むための電力を供給し、コマンドがディスクにフラッシュされるまで情報を保持します。
• RAID レベル = これは、コントローラーがサポートする RAID 保護レベルです。
• Max Drive Support = これは、カードがサポートするドライブの数です。
• RAID サポート = この列は、RAID プロセスがハードウェアまたはソフトウェアのどちらによって実行されるかを示します。ソフトウェアを通じて実行される場合、どのソフトウェアがサポートされているか。ソフトウェア RAID は高速化していますが、ハードウェア RAID は今後も高速になります。状況によってはソフトウェアの使用を選択することもありますが (たとえば、異なるサイズのディスクを組み合わせる場合など)、予算が許せばハードウェア ベースを使用することを強くお勧めします。

HPコントローラーに関する最も近いマトリックスは以下のとおりです。こちらが第10世代（現在最新）で、こちらが第8世代コントローラーです。第8世代コントローラーは、eBayで販売されている安価なサーバーのほとんどに搭載される予定です。これらはマーケティング資料なので、コントローラーに関する技術的な情報はもう少し詳しく記載されていますが、上記の重要な項目は引き続き使用されています。フラッシュベース書き込みキャッシュはFWBCと略されています。

さまざまなアプローチ – 商用 NAS、自作 NAS、またはローカル ストレージ

これで、ホーム ラボ ストレージに関連するハードウェアについてより深く理解できるようになりました。これにより、新たな決断が必要になります。ローカル ストレージ (サーバー内のドライブ) のみを使用しますか? それとも共有ストレージを使用しますか?これらのオプションをもう少し掘り下げる必要があるのは明らかです。

• ローカル ストレージ – これはサーバーに直接接続されているストレージです。これは、ダイレクト アタッチド ストレージ (DAS) とも呼ばれます。サーバー内に収容されたディスク、または SAS ケーブルで接続されたエンクロージャ ユニットのいずれかになります。この利点は、追加のハードウェアやサーバーを購入する必要がないことです。もう1つはセットアップの簡単さです。オペレーティング システムで RAID レベルとフォーマットをセットアップして使用することができます。次にスピードです。直接接続は常に共有ストレージより高速です。欠点は、ストレージをそのサーバー上でしか直接使用できないことです。
• 共有ストレージ – このストレージは、ある種のストレージ オペレーティング システムを実行しているエンクロージャ内のハード ドライブです。このストレージはネットワーク上で共有されて使用されます。ホーム ラボで使用される共有ストレージには 2 種類があります。
  • ブロック レベルのストレージ – これは通常、iSCSI と呼ばれるプロトコルを使用します。基本的には、ネットワーク経由で SCSI コマンドを送信します。このプロトコルは、オペレーティング システムにとってストレージが raw ハード ドライブのように見えるようにするために使用されます。使用するにはフォーマットする必要があります。ファイル システムとディスク上のファイルの制御は、それを共有するリモート サーバーによって行われます。ファイバー チャネルなどのブロック レベルのストレージは他にもありますが、ホーム ラボでは一般的ではないため、ここでは説明しません。
  • ファイル レベルのストレージ – これはプロトコル NFS または SMB を使用します。 NFS は Network File System の頭字語で、SMB は Server Message Block の略です。これらの各プロトコルは改良されており、通常は使用しているバージョン (NFSv3 または SMBv3) によって参照されます。新しいバージョンはそれぞれ、以前の機能に基づいて構築されています。ファイル レベル ストレージは、オペレーティング システムに raw ストレージを提供するのではなく、サーバーに共有またはマウントを提供します。ディスクを制御するコンピュータは、ファイル システムとその上のファイルも制御します。

どちらが良いでしょうか？ 上記の通り、状況によります。サーバーが1台しかない場合は、ローカルストレージで十分で、おそらくニーズを満たす最速のオプションです。サーバー間でストレージを共有する必要がある場合は、何らかの共有ストレージソリューションの購入を検討する必要があります。この2つのうち、私は学習しようとしているエンタープライズモデルを監視するようにしています。会社がiSCSIを使用している場合は、それを学びたいです。個人的には、iSCSIを好みます。主な理由は速度です。iSCSIは一般的に少し速く、NFSよりもマルチパス（ストレージへの複数のデータパス）をより良くサポートします。SMBは一般的にWindows環境でのみ使用され、現在エンタープライズ環境ではあまり使用されていません。iSCSIとNFSのどちらが良いかについて、私と意見が異なるのは自由です。私の調査は、この論文などいくつかのものに基づいています。どちらにも多くの支持者がいます。公平に言えば、NFSの方がセットアップは簡単です。しかし、それは別のブログ記事で説明します。

構築済みの共有ストレージ vs DIY

ここまで理解できたら、独自の共有ストレージ ソリューションを構築してみるか、既成のソリューションを購入するかを決定する必要があります。

QNAPやSynologyなど、いくつかの企業が優れたソリューションを提供しています。これらのソリューションを製造している企業は多数あり、それぞれ多くの共通機能を備えています。StorageReview.comもこれらの多くをレビューしており、選択の参考になるでしょう。留意すべき点としては、必要な機能や将来の拡張性などが挙げられます。ほとんどの既製ユニットはNFS/SMB/iSCSIをサポートしています。小型ユニットの中には、環境に必要なデータ帯域幅を提供できないものもあるため、それに応じて選択する必要があります。ほとんどのユニットは共通点が多く、サーバーよりも小型で、消費電力も少なくなります。各社は独自のオペレーティングシステム（通常は社内で独自に開発したLinuxディストリビューション）を使用しています。多少のセットアップが必要になる場合もありますが、通常は自作ボックスよりも簡単です。個人的にはこの方法が好きです。シンプルで、ストレージサーバーをサポートする予定がない限り、自分で何かを設計する「必要性」は実際にはありません。

しかし、自作ストレージソリューションにはそれなりの理由があります。既製のユニットのほとんどは、ソリューションに対して少し割高な料金を請求し、ほとんどの場合、アップグレードが困難です。可能であれば、通常はアップグレードにハードウェアを使用する必要があります。これらの理由が気に入らない場合は、これがあなたの道です。通常のタワーケースまたはラックマウントケースを購入できます。通常のPCを使用することも、ゼロから構築することもできます。どのオペレーティングシステムを使用するかを決定する必要があります。通常は、WindowsまたはLinuxの2つのオプションです。ストレージを共有するために使用するソフトウェアは、いくつかのオプションがあるため、少し複雑です。多くのホームラボは、FreeNASと呼ばれるオペレーティングシステムを使用しています。セットアップには少し手間がかかりますが、インターネット上には多くのヘルプがあります。FreeNASは、最も人気のあるオプションの1つであり、その名前が示すように無料です。セットアップに費やす時間を除けば、ソフトウェアはすべて無料です。Windows Serverを使用することもできます。ただし、もちろん、それにはコストがかかります。how2shout.comが選んだ上位5つのソフトウェアパッケージは以下のとおりです。

1. FreeNASの
2. NAS4Free / XigmaNAS
3. OpenMediaVault（OMV）
4. オープンファイラー
5. ロックスター

私自身も現在4台所有しています。 4 つ目は Synology で、2 つの「ベイ」があるか、14 つのハード ドライブを受け入れることができます。これにより、十分な速度が実現され、マルチパスまたはスタンバイ ネットワーク接続を提供する 9 つのネットワーク接続が提供されます。現在、最大 5 テラバイトのハード ドライブが利用可能ですが、もう少し機能が欲しかったので、現在は QNAP ユニットを使用しています。これには 3.5 個のベイがあり、大きい方の 4 インチ サイズのドライブを 2.5 台、小さい方の XNUMX インチ サイズのドライブを XNUMX 台受け入れることができます。また、スマート階層化と呼ばれるものも提供します。階層化は、もともとより高価なストレージ ユニットに付けられた概念です。階層化とは、XNUMX つ以上の速度のディスクを取得し、それらをインテリジェントに使用することです。ストレージ ユニット上のソフトウェアは、データの使用頻度を調べます。頻繁に使用すると、より高速なディスクに移動され、ユーザーにとってより高速になります。このコンセプトでは、「ホット」ストレージと「コールド」ストレージのアイデアが使用されています。何かが使用されると、それはホット ストレージに移動されます。逆に、使用されるものが少ないほど、その温度は低くなり、コールド ストレージ ドライブまたはパフォーマンスの低いドライブに移動されます。これにより、企業はあまり使用されないデータ用に SATA ドライブなどの安価なディスクを購入できるようになります。

これで収納部がカバーされます。このブログ シリーズのセットアップ セクションでは、QNAP ユニットのセットアップを最初から説明します。そうすれば、そのブログや StorageReview.com の他のユーザーからより良いアイデアを得ることができ、自宅のラボに最適なストレージ ソリューションを決定できます。

– マイク・ウィルソン@IT_Muscle

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この記事は、ホームラボの構築、維持、そして時には再構築の楽しさと課題を探る、ユーザー投稿コンテンツシリーズの一部です。このシリーズは、/r/homelab の仲間たちとの提携でお届けしています。ご自身のセットアップを共有したい場合は、info@st​​oragereview.com までメールをお送りください。