14 June 2017

В чем особенности работы дисков в NAS: экспресс-тест HDD WD Red

Western Digital corporate blogSystem administrationData storage
Это одна из историй о технологиях, которые отличают серию WD Red от обычных дисков. Они помогают повысить отклик системы, не дают выпасть диску из массива и позволяют ему беспроблемно работать в круглосуточном режиме. Плюс мы сделали базовые тесты производительности самих дисков и их работы в WD MY CLOUD DL2100.

Накопители WD Red за пять лет своего существования на рынке успели завоевать определенную репутацию и четко закрепиться в сегменте решений для NAS-систем в качестве надежных устройств хранения с разумной общей стоимостью владения. Серия оказалась настолько удачной, что все эти годы — начиная с анонса первой модели в 2012 году — Western Digital регулярно пополняла семейство WD Red очередными новинками, а в середине мая представила новые накопители WD Red и WD Red Pro с рекордной для серии емкостью 10 ТБ.
Накопители WD Red
Сегодня NAS-системы, то есть сетевые системы хранения данных (Network Attached Storage), являются привычным и обязательным компонентом любой компьютерной сети — от сложных корпоративных инфраструктур до небольших офисов, от производства до обычных домашних сеток. И в любом из этих сценариев для сетевой системы хранения будут важны одни и те же критерии: надежность, стабильность, круглосуточный доступ к данным. Да, именно так — в любом сценарии, поскольку вряд ли кто-то убедит домашнего пользователя в том, что его личные фотки и записи менее ценны, чем какая-то корпоративная информация.
Накопители WD Red
Western Digital позиционирует жесткие диски WD Red в качестве решений для работы в NAS-системах различной конфигурации с количеством отсеков от одного до шестнадцати, в режиме 24/7, с малым уровнем шума, нагрева и низким потреблением энергии. Диски WD Red поддерживают ряд аппаратных и программных технологий, оптимизирующих работу этих накопителей в составе NAS систем.
При этом накопители WD Red позиционируются в рознице несколько дороже, чем представители «бытовых» серий WD аналогичной емкости. Например, винчестер WD Red может обойтись дороже, чем накопитель WD Blue аналогичной емкости, на 25% и более, а ценовая разница с WD Red Pro может превышать 50%.
• Конечные пользователи-сборщики
Для сборки ПК
• Профессионалы
• Геймеры
Для творчества
• Эксперты
• SOHO/SMB
Для NAS
• Монтажники систем безопасности,
реселлеры
• Поставщики решений безопасности
Для видеонаблюдения
• Датацентры
• Интеграторы
• Поставщики решений для датацентров
Для серверов и ЦОД
Так что сегодня мы заодно выясним, стоит ли овчинка выделки, и за что именно мы платим, выбирая WD Red.
Парки и зоны… труда
WD HelioSeal: «красный» гелий
Винчестеры семейства WD Red представляют собой самую что ни на есть классику накопителей на жестких магнитных дисках: корпус, двигатель, вращающийся шпиндель, на который «надеты» алюминиевые или стеклянные пластины со специальным магнитным покрытием. Над пластинами — на расстоянии нескольких нанометров от поверхности, расположены пишуще-считывающие магнитные головки.
Обычные жесткие диски выпускаются в негерметичных корпусах — через отверстие и систему внутренних фильтров воздух сообщается с атмосферой. Накопители WD Red, начиная с емкости в 8 ТБ, отличаются от привычных дисков: корпуса их полностью герметичны, верхняя крышка приварена к основанию лазером, а внутри вместо воздуха находится инертный газ гелий.
Воздух внутри корпуса винчестера вызывает нагрев устройства из-за быстрого вращения пластин, тепловыделения контроллера и силовых цепей. Воздух также является ограничением для наращивания количества пластин или уменьшения расстояния между считывающей головкой и поверхностью.
Гелий обладает лучшей тепловодностью и меньшей плотностью, нежели обычный воздух. Заполнение внутреннего объема дисков гелием позволило разместить внутри до семи пластин (в перспективе восемь), снизить за счет свойств инертного газа тепловыделение, энергопотребление и вибрацию.
Технология наполнения дисков гелием, разработанная в Western Digital, получила название HelioSeal. Сегодня она используется для производства накопителей объемом 8 — 10 ТБ, и не только в серии WD Red.
Минус применения гелия (если его вообще можно считать минусом) только один: из-за высокой текучести газа верхнюю крышку и стенки корпуса в дисках WD Red приходится делать толще, так что в результате накопители получаются несколько более увесистыми.
К весне 2017 года, по официальным данным Western Digital, компания поставила более 15 млн наполненных гелием дисковых накопителей высокой емкости для самых различных областей применения, в том числе в серии WD Red для NAS-систем.
3D Active Balance Plus: улыбаемся и машем
Особенностью накопителей серии WD Red является поддержка фирменной технологии балансировки пластин 3D Active Balance Plus. В упрощенном виде работу этой технологии можно представить по аналогии с балансировкой колес автомобиля.

Технология 3D Active Balance Plus представляет собой механизм управления балансировкой в двух плоскостях. Блок магнитных дисков в накопителе крепится на шпинделе с помощью нескольких винтов. Чем точнее выставлена длина этих винтов, тем выше будет качество балансировки, стабильность, надежность и производительность накопителя при одновременном снижении побочных вибраций и шума. Особенно эти параметры критичны в средах систем NAS или массивов RAID.
Технология WD NASware: комплексный подход к работе NAS
Накопители серии WD Red поддерживают фирменную технологию NASware, обеспечивающую полную оптимизацию работы устройства в зависимости от режима нагрузки. В каком-то смысле прошивку NASware 3.0 можно назвать своеобразной операционной системой, управляющей комплексом технологий и утилит для повышения надежности, производительности, минимизации времени простоя и упрощения процесса интеграции систем NAS и массивов RAID.
NASware гарантирует отсутствие «выпадений» накопителей из RAID, снижает шансы искажения или потери данных. Технология удержания головок StableTrac, работающая под общим управлением NASware, обеспечивает максимальную для 3,5-дюймового форм-фактора плотность записи данных на пластину.
Характерной особенностью прошивки NASware для дисков WD Red, отличающей ее от других серий накопителей, является режим работы без частой парковки головок. В обычных накопителях, ориентированных на работу в составе ПК, время ожидания в бездействии перед парковкой блока головок (APM — Advanced Power Management) ставится небольшим — именно так достигается экономия энергии. Обратная сторона медали — значительная задержка реагирования накопителя при последующем обращении к диску и ускоренный расход запаса циклов парковки.

В накопителях WD Red парковка головок в рабочем режиме отключена полностью, и только при отключении питания парковка производится в автоматическом режиме. Та же история с вращением шпинделя: в прошивке WD Red установлено нулевое значение spindown (standbly) timer (тайм-аут остановки двигателя), полностью запрещающее останавливать двигатель в рабочем режиме. Расчетное количество циклов парковки головок у линейки WD Red составляет 600 тысяч (для сравнения: для серии WD Blue заявлено 300 тысяч циклов парковки головок).
В обычных накопителях для настольных ПК параметры APM и standby timer настраиваются с помощью ATA-команд. В случае с WD Red жесткие настройки NASware гарантируют показатель латентности реакции накопителя в любой момент обращения к диску на минимальном уровне в режиме 24/7.
Дополнительно линейка накопителей WD Red также поддерживает функцию SCT ERC (SMART Command Transport Error Recovery Control), которую в WD называют Time Limited Error Recovery (TLER). В случае обнаружения сбойных секторов традиционные накопители для настольных ПК, у которых очень редко присутствует настройка тайм-аута коррекции ошибок, могут в попытке считывания сбойного сектора «зависнуть» на некоторое время. Для диска в RAID-массиве с избыточностью такое поведение с большой долей вероятности приведет к тому, что контроллер «выкинет» его из массива.
У накопителей WD Red параметр SCT ERC отрегулирован и, как правило, установлен по умолчанию на семь секунд. RAID-контроллер не теряет контроль за таким диском, при этом данные из сбойных секторов восстанавливаются из соседних дисков.
Наконец, серия накопителей WD Red полностью поддерживает набор дополнительных потоковых инструкций ATA Streaming Feature Set. Если операционная система вашего NAS имеет поддержку набора этих команд (большинство современных бытовых NAS, как правило, имеют), система обеспечит гарантированную и бесперебойную трансляцию потокового медиаконтента на все устройства сети практически без снижения скорости обслуживания всех остальных обращений.
Повышенная надежность
Обычные винчестеры для настольных ПК не предназначены для круглосуточной работы в системах NAS, и, соответственно, не тестируются в таком режиме нагрузки. Серия WD Red такие проверки как раз проходит, и вся их механика и электроника рассчитывается, в том числе исходя из результатов этих тестов.
Для всей линейки WD Red производитель устанавливает параметр среднего срока наработки на отказ (MTBF) на уровне 1 млн часов. Надежность дисков подтверждается 3-летней ограниченной гарантией производителя. Для сравнения: накопители WD Blue вовсе не нормируются по показателю MTBF, гарантия производителя на эту серию составляет 2 года.
Те, кому 3-летней гарантии на серию WD Red недостаточно, могут обратить внимание на жесткие диски WD Red Pro, сертифицированные для работы в системах с высокими требованиями и повышенной рабочей нагрузкой, в том числе NAS системах корпоративного класса. Линейка WD Red Pro поставляется с пятилетней ограниченной гарантией производителя, а по стоимости примерно на 5-10% дороже моделей WD Red той же емкости.
И ещё
Для дисков WD Red производитель предлагает бесплатную утилиту Acronis True Image WD Edition, которая позволяет клонировать диски, создавать резервные копии операционной системы, приложений, настроек и всех данных.
Интеграция с NAS системами Western Digital My Cloud Pro Series NAS и My Cloud Expert Series NAS, подключенными к интернету, обеспечивает возможность переноса контента с устройства на устройство, где бы ни находились пользователи.
Современная серия WD Red
Список современных накопителей WD Red сегодня выглядит следующим образом:
Линейка закрывает все диапазоны емкостей и плавно масштабируется по уровню энергопотребления.
Методика тестирования
Исследуемые сегодня жесткие диски WD Red 8TB и WD Red 2TB предназначаются для организации RAID массивов и хранения данных в них.
Накопители WD80EFZX 8 ТБ
Накопители WD20EFRX 2 ТБ
Посмотрим, как ведет себя диск при обычных, ежедневных нагрузках в одиночном режиме. Для этого подключим его к мощной настольной системе, куда входят:
  • Материнская плата: ASUS MAXIMUS IX FORMULA (Intel Z270, LGA 1151).
  • Процессор: Intel Core i7-7700K.
  • Оперативная память: DDR4 G.Skill F4-3600C17D, 2 модуля x 4 ГБ, 3333 МГц
    17-18-18-38-1T.
  • Видеокарта: NVIDIA GTX 1060.
  • Жесткий диск: SSD SAMSUNG 840EVO 240 ГБ, SEAGATE Desktop SSHD 4 ТБ.
  • Операционная система: Microsoft Windows 10 x64.
Номинальный размер диска Western Digital WD80EFZX составляет 8 ТБ, после форматирования ОС говорит о доступности 7,27 ТБ. У Western Digital WD20EFRX заявленная емкость составляет 2 ТБ, операционной системе доступно 1,87 ТБ.
График скорости чтения
График скорости записи
WD80EFZX
График скорости чтения
График скорости записи
WD20EFRX
Возможности и настройки NAS
Принимающая участие в тестировании WD MY CLOUD DL2100 — это NAS-система персонального хранения данных для дома или небольшой рабочей группы. Компактные габариты и умеренное энергопотребление будут как нельзя кстати.
Габариты системы составляют 216 х 147 х 108 мм. Энергопотребление с двумя установленными накопителями Western Digital WD20EFRX достигает максимальных 21 Вт при включении, до 17 Вт в рабочем режиме и до 10 Вт в режиме сна.
Для подключения к сети используется два порта Gigabit Ethernet с возможностью агрегирования каналов (активное резервное копирование, balance-xor, вещание, 802.3ad, балансировка нагрузка передачи, балансировка нагрузки).
В DL2100 имеется два порта USB 3.0. Размещены они на передней и задней панелях и дополнены физической кнопкой резервного копирования. В системе имеется поддержка защиты данных с шифрованием томов по стандарту 256 AES. Тома создаются согласно спецификации RAID 1, RAID 0, JBOD, кроме того, есть простое объединение дисков для увеличения суммарного объема.
Через WEB-интерфейс можно отследить SMART-параметры дисков, перейти с одного RAID на другой и т.п.
В целом MY CLOUD DL2100 — типичный представитель SOHO NAS и оптимальный вариант для тестирования работы винчестеров серии WD Red.
Работа в составе NAS системы
Сценарий «Дом» обычно предполагает, что до 80% времени NAS будет работать как общий диск, с которого смотрят фильмы, создают резервные копии и т.п. Вряд ли к нему будут одновременно обращаться более трех пользователей, да еще и с высоким приоритетом. Поэтому предлагаем посмотреть на то, как ведет себя NAS в типичных сценариях.
Первый, когда два пользователя одновременно копируют с NAS крупный файл: при одном подключенном сетевом кабеле и соединении 1 Гбит/с оба пользователя получают по 55–56 МБ/сек каждый, что в сумме эквивалентно 110–112 МБ/сек. Это число равно максимальной скорости передачи через сетевой адаптер, так что NAS полностью использует канал 1000 Мбит/с.
Если три пользователя копируют с NAS крупный файл: при одном подключенном сетевом кабеле и соединении 1 Гбит/с пропускная способность 1 Гбит/с делится в равных пропорциях на трех человек. Соответственно, чем больше народу производит активные действия с NAS, тем меньший сегмент отдается каждому пользователю сетевого соединения — все по-честному! При этом NAS успевает раздавать каждому свое.
Скорость резервного копирования
Скорость копирования с внешних носителей — немаловажный фактор для домашней NAS-системы. Например, быстро сделать бэкап рабочей флешки или через переходник скинуть фотографии.
Для теста возьмем USB-флешку SanDisk Ultra с параметрами линейного чтения 135 МБ/сек и сделаем с него копию непосредственно на NAS. Для простоты подсчета будем использовать тестовый файл объемом 3000 МБ. Важно понимать, что при прямом копировании через USB ограничивающим фактором чаще всего будут скоростные параметры флеш-памяти, в то время как работа связки USB-контроллер-чип-диск должна ограничиваться лишь скоростью работы последнего.
Перейдем к результатам. С момента нажатия кнопки «Резервное копирование» на процесс было затрачено 37 секунд. Иными словами — скорость составила 81 МБ/с.
Поставим усложненную задачу с «разнокалиберными» файлами размером от единиц мегабайт до 80 МБ — небольшой архив исходных фотографий в RAW и JPG в равных пропорциях по количеству суммарным объемом 2 ГБ.
Эти файлы сохранились на NAS за 30 секунд, или со скоростью 67 МБ/сек. Для примера: с этой же флешки на локальный SSD диск вышеупомянутого ПК время копирования составило 16 секунд, в пересчете на МБ/сек получается 125 МБ/сек
Наконец, дадим NAS действительно сложное задание — создание бэкапа рабочей флешки с массой всевозможных файлов разного размера и типа общим объемом почти 40 ГБ. NAS справился с заданием за 10 минут 48 секунд, а в человеческом формате исчисления средняя скорость копирования составила 63 МБ/сек.
Аналогичная задача, выполняемая на компьютере с флешки на SSD, заняла 9 минут 3 секунды, а скорость составила 74,9 МБ/сек. Просто отличные результаты для NAS.
Температуры
Нагрев у дисков WD Red невысокий: в условиях просторного корпуса температура обычно не превышает 34-36°С. В составе отдельной NAS системы по прошествии часа непрерывных тестов по копированию и записи штатная система охлаждения не позволила температуре подняться выше 38°С, и это не заслуга вентилятора, который 90% времени едва вращался.

Выводы
Линейка HDD WD Red – это не только хороший выбор для NAS, но и достойные винчестеры для локального применения в стационарных компьютерах. Скорость этих жестких дисков достаточна и для NAS, и для работы в качестве хранилища фильмов, игр и других файлов в рамках настольных систем. В проведенных нами базовых тестах показатели скоростей чтения и записи оказались один в один с заявленными. Формально они ниже самых быстрых на сегодня накопителей HDD других серий, но и задача у них состоит не в конкуренции с бюджетными SSD, а в работе в режиме 24/7 и хранении больших объемов данных.

Подытожим. Нужен ли NAS для небольшой проводной-беспроводной домашней сетки с миллионами разнокалиберных файлов, к которой подключены несколько семейных ПК, ноутбуков и смартфонов, принтеров-сканеров, плюс непременный смарт-телевизор и, может быть, мультимедийный аудио комплекс?
Разумеется, NAS, без вариантов. Домашние сетевые системы хранения данных давно перестали быть уделом сисадминов и особо продвинутых пользователей. И накопители WD Red для работы в составе таких систем выглядят вполне логичным и обоснованным выбором: за счет немного более высокой цены, нежели у типичных винчестеров для настольных ПК, пользователь WD Red гарантированно получает надежное хранилище со стабильными характеристиками для работы в круглосуточном режиме и длительным сроком наработки на отказ.
Tags:HDDWestern DigitalNAS
Hubs: Western Digital corporate blog System administration Data storage
+19
104k 42
Comments 101