Kedy sa oplatia disky SSD do NAS serverov

Zariadenia NAS (Network Attached Server) slúžia primárne na bezpečné a spoľahlivé ukladanie údajov a takisto poskytujú rôzne služby, preto musia byť neustále zapnuté. Keďže stále platí, že klasické mechanické disky, označované aj HDD (Hard Disk Drive), majú oveľa výhodnejší pomer kapacita/cena než rýchlejšie polovodičové disky SSD (Solid State Drive), mechanické disky v týchto zariadeniach stále dominujú.

Cena

Veľa prezradí tabuľka porovnania aktuálnych cien diskov HDD a SSD určených pre NAS.

Pri kapacitách 1 a 2 TB  je cenový rozdiel približne dvojnásobný, pri vyšších kapacitách je oveľa výraznejší. Pri kapacite 4 TB stoja disky SSD už štyrikrát viac. Za cenu 4 TB disku SSD si môžete kúpiť klasický mechanický disk s kapacitou 18 TB.

Prenosová rýchlosť

Rýchlosť kontinuálneho zápisu a čítania údajov na mechanických diskoch je 160 MB/s a latencia 8 milisekúnd. Typická spotreba HDD je 9 W a spotreba v režime stand-by 0,7 W. Rýchlosť kontinuálneho zápisu a čítania diskov SSD je 560 MB/s, latencia 40 mikrosekúnd a spotreba 4 W. Nízka latencia polovodičových diskov, na ktorých netreba presúvať hlavy, sa výrazne prejaví pri reálnej rýchlosti zápisu a čítania, ktorú vyjadrujeme v IOPS (Input/Output per Second). Rýchlosť náhodného čítania a zápisu diskov SSD je 80 000 IOPS, pri mechanických diskoch HDD len 1000, teda 80× menej.  

Na rozdiel od počítačov a notebookov má pri sieťových zariadeniach na rýchlosť prenosu súborov vplyv aj rýchlosť siete. Bežné NAS podporujú gigabitový eternet, teda prenosovú rýchlosť 1 Gb/s (gigabitov za sekundu). Ak to vydelíme ôsmimi, dostaneme prenosovú rýchlosť 125 MB/s (megabajtov za sekundu). To potvrdili aj naše merania. Inak povedané, pri prenose veľkých súborov čiže pri kontinuálnom zápise a čítaní sa vyššia prenosová rýchlosť diskov SSD neprejaví. Situácia sa však podstatne zmení pri čítaní množstva menších súborov, keď je rozdiel v rýchlosti pri uložení súborov na HDD a SSD niekoľkonásobný.

Výhody a nevýhody diskov SSD

Výhody polovodičových diskov SSD, hlavne vysoká rýchlosť zápisu a čítania a nižšia spo­treba, spolu s klesajúcimi cenami týchto diskov im otvárajú cestu aj do zariadení NAS. Pri nepretržitej prevádzke, ak je NAS umiestnený v kancelárii či obytnej miestnosti, oceníte, že disky SSD sú úplne nehlučné. Pretože disky SSD neobsahujú pohyblivé súčiastky, sú aj spoľahlivejšie.

Disky SSD však majú aj určité špecifiká a nevýhody. Údaje v pamäťových bunkách nemožno prepisovať, táto technológia umožňuje len zápis a mazanie údajov. Údaje sa preto zapisujú do buniek, ktoré boli predtým vymazané v rámci samostatnej operácie.

Hlavná nevýhoda je limitovaný počet prepisov údajov v pamäťových bunkách. V technických údajoch týchto diskov nájdete parameter životnosť, udávaný v jednotkách TBW (Terabytes Written). Tento parameter závisí od kapacity, napríklad 500 GB disk SSD pre NAS má typicky 350 TBW, 1 TB disk 600 TBW a 4 TB disk má životnosť 2500 TBW. Zjednodušene povedané, tento parameter udáva, koľko údajov môžete na disk SSD zapísať počas jeho garantovanej životnosti. Napríklad pre terabajtový disk s udávanou životnosťou 600 TBW možno údaje v každej bunke teoreticky prepísať 600-krát. Riadiaca jednotka disku sa snaží manažovať zapisovanie údajov tak, aby boli jednotlivé pamäťové bunky využívané, a teda aj „opotrebovávané“ rovnomerne.

Scenáre využívajúce kontinuálne čítanie

Limitovaný objem údajov, ktorý na disk možno zapísať, ako aj vysoká rýchlosť zápisu a čítania a rýchly prístup naznačujú oblasť použitia predovšetkým na údaje, ktoré sa budú často čítať. Typický príklad je editovanie fotografií a videí. Fotografie vo formáte RAW sa uložia na disk SSD, kde zostanú v pôvodnej podobe. Všetky úpravy, ktoré sa v programoch typu Adobe Lightroom či Zoner Photo Studio realizujú ako metadáta, opis postupu, sa na zábery aplikujú až pri exporte do formátu JPG. Súbory metadát majú zanedbateľnú veľkosť. Zatiaľ čo súbor RAW v rozlíšení 24 megapixelov má typicky 35 MB, súbor s metadátami úprav v Zoner Photo Studiu má 3 kB, teda 10 000× menej. Súbory RAW na disku zostanú aj po exporte bez zmeny, takže neskôr, ak budete potrebovať, môžete na ne aplikovať iné úpravy. 

Podobne aj pri editovaní videí zostávajú pôvodné súbory so zábermi z kamery bez úprav, ale pri editovaní v programoch ako Adobe Premiere, Sony Vegas, DaVinci Resolve či FinalCut sa úpravy, či už je to strih, kolorovanie, alebo prechody a podobne, ­takisto aplikujú ako metadáta. Tie sa aplikujú až pri renderovaní finálneho videa, pričom pôvodné klipy zostávajú bez zmien. Napríklad naše videá s dĺžkou 10 minút typicky pozostávajú zo 60 – 80 záberov, pričom súbory z kamery majú spolu približne 10 – 12 GB. Výsledné video vyexportované v DaVinci Resolve s kodekom H265 má približne 300 MB. Počas editovania vzniká v adresári projektu veľa súborov metadát, kde sú zaznamenané úpravy jednotlivých záberov, súbory so zvukovými stopami, titulkami, efektmi a podobne. Je ich veľa, ale majú pomerne malú veľkosť.

Nakopírovanie aj čítanie 130 súborov so zábermi, spolu 10 GB, na NAS s gigabitovým eternetom (1 Gb/s) trvalo 90 sekúnd bez ohľadu na to, či sme tieto súbory kopírovali na HDD, alebo SSD. Reálna prenosová rýchlosť bola 113 MB/s =  904 Mb/s. Pre zaujímavosť som tieto súbory skopíroval aj medzi dvoma diskami SSD v počítači. Takéto priame kopírovanie trvalo 4 sekundy, takže pri priamom zápise a čítaní veľkých súborov rozdiel medzi HDD a SSD nebol, pretože prenosová rýchlosť bola limitovaná rýchlosťou sieťového pripojenia. Proces úprav však pri ukladaní údajov na disk SSD v NAS bol evidentne svižnejší, pretože disky SSD majú neporovnateľne nižšiu latenciu, a pokiaľ sú súbory rozmiestnené náhodne na rôznych miestach disku, rýchlosť čítania je mnohonásobne vyššia.  Subjektívne hodnotenie „evidentne svižnejší“ v praxi znamená zrýchlenie editovania videí pri ukladaní na disky SSD v NAS približne o 20 %.

Optimálne scenáre pre SSD

Rýchlosť diskov SSD v NAS sa naplno uplatní pri využívaní služieb, ktoré poskytuje operačný systém NAS, napríklad ak ho používate ako webový či aplikačný server. Vtedy disk vzhľadom na operačný systém NAS vystupuje ako interný. Napríklad webový server po zadaní URL adresy vyhľadá potrebné údaje v databázach, k tomu pridá multime­diálne súbory, pričom paralelne bežia interné aplikácie, ktoré z údajov vypočítajú potrebné informácie. Výsledkom bude vyrenderovaná webová stránka, prenesená cez sieť do prehliadača používateľa.

Disky SSD sa vzhľadom na svoje vlastnosti nehodia na periodické zálohovanie, pretože pri tomto scenári sa údaje väčšinou len zapisujú, čítajú sa iba v prípade, ak dôjde k nejakej udalosti, po ktorej treba obnoviť údaje zo zálohy.

Hybridná konfigurácia s SSD cache

Vyššie modely viacšachtových NAS využívajúcich klasické mechanické disky HDD majú aj dva sloty M.2 na disky SSD. Tieto sloty sa nedajú použiť na vytvorenie diskového zväzku ani na rozšírenie kapacity exitujúceho zväzku, ale využívajú sa ako cache čiže rýchla vyrovnávacia pamäť. Cache na čítanie zrýchli hlavne čítanie a zapisovanie menších súborov, s ktorými sa často pracuje. Pri zápise sa súbory najskôr zapíšu na rýchle disky SSD a operačný systém NAS ich následne uloží na pevné disky vrátane redundantného uloženia na viac diskov.

Ak osadíte len jeden modul, bude disk SSD fungovať len ako cache na čítanie. Prípadná porucha SSD cache čítanie len spomalí, údaje stále zostávajú na pevných diskoch. Aby cache fungovala v móde read-write, potrebujete dva moduly v režime RAID1 na spoľahlivosť. Je to logické, pretože ak sa súbory pri zápise alebo zálohovaní uložia na disky SSD, z hľadiska počítača či iného externého zariadenia sa zápis vykonal úspešne. Keby došlo k poruche niektorého disku SSD, údaje sú redundantne uložené aj na druhom disku SSD tvoriacom vyrovnávaciu pamäť, takže k strate údajov nedôjde. Tak ako do NAS neinštalujete bežné disky, ale disky určené pre servery a NAS, teda na nepretržitú spoľahlivú prevádzku, aj cache je potrebné osadiť modulmi SSD určenými pre NAS, ktoré sú oveľa spoľahlivejšie ako bežné disky SSD, určené napríklad do notebookov.

Resumé

Disky SSD v NAS sa hodia hlavne pre aplikačné scenáre, keď operačný systém NAS a aplikačné balíčky poskytujú rôzne služby, ako napríklad webový či mailový server. Pri scenároch využívajúcich kontinuálny zápis a čítanie sa vyššia rýchlosť disku SSD neprejaví, pretože prenos údajov je limitovaný rýchlosťou siete. Tá je pri bežných NAS 1 gigabit za sekundu, čo je 125 MB/s, a takúto rýchlosť zvládnu aj klasické mechanické disky.

Úvodné foto:  SHUTTERSTOCK.COM