Статья опубликована в №5 (январь) 2014
Разделы: Информационные технологии
Размещена 09.01.2014.
Просмотров - 3648

Использование многоуровневого хранения, как основной принцип организации центра обработки данных

Песковой Александр Николаевич

СамГТУ

студент

Забержинский Борислав Эдуардович – Самарский Государственный Технический Университет

УДК 004.072.4

В наше время технологии хранения данных меняются очень быстро. Информация создается и передается между пользователями с огромными скоростями. Индивидуальные пользователи, маленькие компании и громадные международные корпорации всё чаще обращаются к хранилищам данных и желают вне зависимости от места работы и устройств мгновенно получать доступ к любой требуемой информации.

Высокие скорости доступа в Интернет, Повсеместное внедрение и широкое использование различных ИТ-систем на рабочих местах, всё возрастающая популярность социальных сете, - это всё приводит к созданию и хранению абсолютно различных данных в самых разных форматах в громадных масштабах.

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.

На сегодняшний день для хранения большей части цифровой информации используются жесткие диски, которые составляют основу почти всех центров обработки данных (ЦОДов). 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 действительно ли данная технология способна решить проблему резкого увеличения объемов хранимых данных и соответствовать требованиям к скорости их обработки? Таким образом, задачей данного исследования является сравнение существующих технологий и выработка оптимального решения.

Исходными будут являться данные о производительности, стоимости, емкости, энергопотреблении и сроке службы накопителей обеих технологий (см. таблицу 1).

Таблица 1. Основные характеристики HDD/SSD.

Параметр	HDD	SSD
Производительность	Зависит от механических компонентов. Вследствие особенностей конструкции, возникают существенные задержки при чтении/записи. Так как не содержат движущихся механических частей, при их работе не возникает задержек, вызванных перемещением, поиском или вращением компонентов устройства. От частоты перезаписи данных зависит срок службы накопителя SSD.
Стоимость	Стоимость HDD значительно ниже, чем у SSD. 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.
Емкость	Предназначенные для корпоративного рынка жёсткие диски могут хранить более 4 ТБ данных. Жёсткие диски способны обеспечить более высокую плотность хранения, чем SSD, и могут принимать больше данных из расчета на единицу объёма. 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).
Энергопотребление	SSD не имеют движущихся механических частей, не так сильно нагреваются при работе и потребляют меньше электроэнергии, чем жёсткие диски такого же объёма.
Срок службы	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.

 

Определение оптимальных сочетаний.

Основной задачей при проектировании системы хранения данных, является тщательный анализ потребностей организации.

Рассмотрим  модель многоуровневого хранения. Её целесообразно использовать в случаях, когда требуется передача больших объемов данных, и среда находится под высокой нагрузкой.

Данная модель предлагает одновременное использование HDD и SSD накопителей. При этом местоположение хранимых данных следует выбрать таким образом, чтобы обеспечить оптимальное сочетание стоимости решения и скорости получения данных с устройства хранения.

Эффективность формы хранения определяется следующими параметрами:

1. Стоимость.
2. Производительность.
3. Доступность.
4. Степень защиты.
5. Скорость извлечения данных.

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.

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. Возможные модели построения системы можно видеть на рисунке 1.

 

Рисунок 1 – Модели совместного использования HDD и SSD накопителей

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.

Тема надёжности в последнее время стала ещё более важной, в свете перехода с 3x-нм флэш-памяти NAND на флэш-память, производимую по 25-нм техпроцессу. 25-нм техпроцесс привёл к появлению вызовов, достойно ответить на которые оказалось намного сложнее, чем в случае 34-нм техпроцесса (см. таблицу 2).

Таблица 2. Сравнительная таблица флеш-памяти.

	Циклы программирования/ стирания	Суммарное количество записанных терабайт (формула JEDEC)	Число лет до исчерпания возможности записи (10 Гбайт в день, WA = 1,75)
25 нм 80 Гбайт SSD	3000	68,5 TBW	18,7 лет
25 нм 160 Гбайт SSD	3000	137,1 TBW	37,5 лет
34 нм 80 Гбайт SSD	5000	114,2 TBW	31,3 лет
34 нм 160 Гбайт SSD	5000	228,5 TBW	62,6 лет

 

Количества циклов программирования/стирания (PE), которые может выдержать система не самый важный показатель. Предыдущие поколения SSD потребительского уровня, которые использовали 3x-нм MLC NAND, обычно были заявлены с 5000 циклов. Это означает, что вы можете записать и стереть данные 5000 раз, прежде чем ячейки NAND начнут терять возможность хранить данные. В случае 80-Гбайт накопителя вам придётся записать 114 Тбайт, прежде чем вы столкнётесь с эффектами износа ячеек. Учитывая, что средний пользователь настольного ПК записывает в день, максимум, 10 Гбайт информации, то ему придётся работать с накопителем примерно 31 год, прежде чем ячейки будут изношены. В случае 25-нм флэш-памяти NAND этот срок уменьшается до 18 лет.

Таким образом, можно сделать вывод, что многоуровневая архитектура открывает широкие возможности центрам обработки данных для хранения и обмена больших объемов информации, применяя 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.

На данном этапе развития обеих технологий 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.

1. Сравнение удобства использования EMC VNX и NetApp FAS. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://russia.emc.com/collateral/analyst-reports/11327-ar-vnx-vs-netapp-fas-usability-study.pdf/ свободный.
2. Организация иерархического хранения данных: многоуровневый архив “midrange” класса. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.storagenews.ru/06/ibm_06a.pdf/ свободный.

Рецензии:

9.01.2014, 20:24 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: Рекомендуется к печати.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий