В 1-й части статьи были рассмотрены конструктивные особенности исполнения серверов, форм-факторы и и уровни серверов для разных сегментов рынка.

В 2-й части статьи рассмотрены характеристики процессора и памяти сервера, а также чипсетов (наборов микросхем платформы).

В заключительной части рассмотрим характеристики дисковой подсистема сервера, источника питания, а также рекомендации по выбору сервера.

Дисковая подсистема

Дисковая подсистема сервера предназначена для долговременного хранения данных и состоит из накопителей системы хранения данных (СХД). Из всех подсистем сервера она самая медленная, особенно если построена на жёстких дисках.

Тип дисков: HDD, SSD

Название «диск», строго говоря, применимо только к накопителям на жёстких магнитных дисках HDD (Hard Disk Drive), поскольку только HDD и содержат диски, на которые записываются и считываются данные при помощи магнитных головок (про накопители на магнитооптических дисках и CD мы здесь не говорим).

Внутреннее устройство накопителе HDD (источник: 2hpc.ru)

Рис. 3-1. Внутреннее устройство накопителе HDD (источник: 2hpc.ru).

Основные технические характеристики накопителей HDD:

  • Интерфейс — стандарт обмена данными: SAS, SATA, Fibre Channel (FC);
  • Ёмкость — максимальное количество данных, которые может хранить жесткий диск (ГБ, ТБ). В настоящее время одно устройство HDD может хранить до 80 терабайт данных и более.
  • Форм-фактор — установочный размер диска: 3.5 или 2.5 дюйма;
  • Время доступа — время, выполнения операции чтения или записи на любом участке магнитного диска (от 2.5 до 16 мс);
  • Скорость вращения диска, от которой зависит время доступа и средняя скорость передачи данных (5400, 7200 и 10 000 об/мин.);
  • Количество операций ввода-вывода в секунду IOPS (Input Output Per Second) — обычно жесткий диск производит около 50 операций IO в секунду при произвольном доступе и около 100 при последовательном;
  • Потребление энергии — потребляемая мощность в Ваттах (W);
  • Ударостойкость — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам. Измеряется в единицах допустимой перегрузки (G) во включённом и выключенном состоянии;
  • Скорость передачи данных – скорость чтения/записи при последовательном доступе (внутренняя зона диска — от 44 до 75 Мб/с, внешняя зона диска — от 60 до 111 Мб/с);
  • Объём буфера — промежуточная память (от 8 до 64 Мб), предназначенная для демпфирования скоростей чтения/записи и передачи данные.

Твердотельные накопители SSD (Solid State Drive) не имеют дисков, и вообще каких-либо вращающихся или движущихся внутренних частей, поскольку представляют собой набор микросхем постоянной памяти достаточно большого объёма на плате внутри стандартного корпуса 2.5 или 3.5 дюйма.

HDD и SSD одного форм-фактора (источник: Phys.org)

Рис. 3-2. HDD и SSD одного форм-фактора (источник: Phys.org).

Характеристики SSD – в основном те же, что и для HDD, за исключением того, что у них может быть быстродействующий интерфейс NVMe SSD (Non-Volatile Memory express), а также отсутствует параметр скорости вращения диска, поскольку в них нет дисков.

Однако для SSD следует принимать во внимание другой, очень важный параметр: выносливость, т.е. допустимое количество циклов перезаписи на ячейку памяти. Для HDD этот параметр не указывается, поскольку количество циклов перезаписи магнитных диполей для них практически не ограничено.

Ячейка памяти SSD представляет собой полевый транзистор с изолированным затвором, количество заряда в котором определяет значение двоичного бита, или нескольких битов, записанных в ячейке. Поскольку изменение заряда затвора требует приложения высокого напряжения (до 20 В), это ограничивает количество циклов перезаписи, при превышении которого ячейка перестаёт достаточно надёжно работать.

Поэтому SSD подразделяются на два основных класса – бытовые и корпоративные. Для бытовых SSD (флешки, внутренние накопители для ноутбуков и мобильных телефонов) параметр выносливости, хотя и не очень высокий, однако позволяет использовать SSD без ограничений на весь срок службы устройства. Для серверов, где происходит интенсивный обмен данными, недорогие бытовые SSD неприменимы – допустимое число циклов перезаписи на ячейку в них может быть выбрано за один рабочий день. Поэтому используются специальные серверные жесткие диски или SSD.

Память класса СХД

Если говорить о памяти (SRAM, DRAM) и системе хранения данных (СХД) сервера (HDD, SSD) то можно выстроить следующую иерархию.

Иерархия параметров памяти и СХД сервера

Рис. 3-3. Иерархия параметров памяти и СХД сервера.

Параметры ёмкости, задержки считывания-записи данных увеличиваются от ОЗУ к СХД. Поэтому самая быстродействующая память – SRAM, самая медленная – HDD (накопитель). По удельной стоимости на один бит наоборот, самая дорогая в этом плане – кэш-память процессора (SRAM), самая дешёвая – HDD.

Однако, между оперативной памятью DRAM и SSD имеется достаточно широкий зазор задержек. Слишком уж сильно различаются их рабочие характеристики и принцип работы.

Однако, в последние годы была создана постоянная память, которая представляет собой некий компромисс между ОЗУ и СХД. Она получила название SCM (Storage Class Memory) – память класса СХД. С одной стороны, она достаточно долго хранит информацию, а с другой – по быстродействию приближается к ОЗУ. По принципу работы такая память представляет собой разновидность SSD.

Это, возможно, приведёт к тому, что в будущем для серверов не будут отдельно специфицироваться объёмы оперативной памяти и накопителя СХД (HDD, SSD). Будет указываться просто общий объём памяти хранения сервера. Какая доля будет относиться к оперативной памяти, а какая к постоянной – не будет иметь принципиального значения.

Резервирование и RAID-контроллеры

Для серверов требуется не только высокая скорость чтения и записи данных, но и сохранность данных при возможном выходе из строя накопителей СХД. Объёмы информации, которыми оперируют серверы, много больше, чем может дать один накопитель. С повышением числа накопителей, выше и вероятность выхода из строя какого-то из них, особенно при высокой нагрузке.

Проблемы производительности и отказоустойчивости дисковой подсистемы решаются созданием массивов резервирования, в которые с помощью контроллера RAID (Redundant Array of Independent Disks) объединяется несколько накопителей — HDD и/или SSD. В таких массивах автоматически сохраняются две или более копии каждого блока данных, а также коды избыточности. При этом RAID-массив представлен для сервера как единое пространство хранения.

Существует много видов RAID-массивов (от RAID-0 до RAID-10), отличающихся производительностью, надёжностью хранения данных и минимально необходимым количеством дисков. Выбор вида RAID зависит от задач и требований к серверу.

Кроме того, в серверах могут использоваться различные виды RAID-контроллеров, каждый из которых может поддерживать все, или только некоторые, типы RAID-массивов. Основные виды RAID-контроллеров, следующие:

  • Программные, когда функции RAID-контроллера полностью выполняет центральный процессор сервера, забирая таким образом, часть ресурса производительности. Такой метод приемлем только для серверов начального (Entry) класса, поскольку это наименее производительное и наименее отказоустойчивое решение.
  • Интегрированные, когда RAID-контроллер располагается на материнской плате сервера. При этом также частично задействуется центральный процессор. Такие RAID-контроллеры более функциональные, более быстрые и достаточно надёжные.
  • Аппаратные, которые выполнены в виде плат расширения или отдельных устройств. Они имеют свой процессор и кэш-память.
  • Внутренние — предназначены для подключения накопителей, установленных в сам сервер.
  • Внешние — используются для подключения внешних дисковых хранилищ.

Выбор вида RAID-контроллера также зависит от задач и требований, предъявляемых к серверу.

Источники питания для серверов

Когда в дата-центре используются много серверов, то очень важно выбрать наиболее эффективный тип источника питания для них, чтобы существенно сэкономить на электроэнергии. Для серверов различают три класса источники питания:

  • Titanium – наиболее эффективный по потребляемой мощности источник питания с КПД до 96%;
  • Platinum – имеет эффективность в 94%;
  • Gold – обеспечивает наименьшую эффективность 92%.
Источник питания стоечного сервера (источник: Integrity Global Solutions)

Рис. 3-4. Источник питания стоечного сервера (источник: Integrity Global Solutions).

Блок питания следует выбирать исходя не только из текущих потребностей, но и на перспективу. Если при апгрейде сервера понадобится более высокая мощность питания, мощности блока питания, приобретённого «впритык», может не хватить и придется приобретать новый, более мощный блок питания, а старый придётся списать.

Источники питания для серверов обычно используют с резервированием. Это означает, что каждый серверный модуль имеет два параллельно работающих блока питания с мощностью, достаточной для работы сервера от одного блока. В случае выхода из строя одного блока питания, сервер не отключается, а продолжает работу, при этом отказавший блок можно заменить в «горячем» режиме, то есть, не отключая сервер.

Кроме того, для серверов обычно требуются источники бесперебойного питания (ИБП). Главная функция источника бесперебойного питания — обеспечение работы сервера в течение десяти-пятнадцати минут после аварии в системе электроснабжения дата-центра. За это время работающие приложения должны завершить работу и сохранить данные.

Если нужно, чтобы серверы могли работать в автономном режиме длительное время, необходимо создавать в дата-центре резервное электропитание, например, с использованием дизельного генератора или аккумуляторных батарей.

Как выбрать сервер

Сервер необходимо выбирать, исходя из бизнес-задач организации. Не следует приобретать на рынке просто максимально доступную по цене конфигурацию, поскольку при таком подходе можно сделать ряд ошибок. Например, купить сервер, многие функции которого никогда не понадобятся, а мощность будет превышать реальные потребности.

Другая крайность – излишнее стремление к экономии, что может привести к приобретению сервера, в котором будут отсутствовать нужные функции, или мощности которого не будет хватать для нужд организации. В таком случае, либо понадобится дорогостоящий «апгрейд», либо – списание неудачно приобретённого и приобретение нового сервера.

Поэтому, при выборе сервера целесообразно пользоваться услугами компетентных специалистов, которые могут вникнуть в задачи заказчика, оценить его потребности и предложить ему наиболее подходящий тип, конфигурацию и производительность сервера. Затраты на таких консультантов всегда окупаются.

Однако, и самому заказчику тоже необходимо до некоторой степени «говорить на одном языке» с таким специалистом и иметь в виду, по крайней мере, следующее.

Параметры, определяющие производительность сервера

  • Тип и тактовая частота процессоров;
  • Объем, тип, частота оперативной памяти;
  • Объем и производительность СХД.

Процессор

Основные параметры процессорной системы:

  • Количество процессоров;
  • Частота процессоров;
  • Объем встроенной кэш-памяти процессора (память, служащая для маскирования обращений к оперативной памяти, это важный параметр при работе с базами данных).

ОЗУ

Память сервера можно выстроить в иерархию по удалённости от процессора. Так, кэш-память находится на ближе всего к процессору, оперативная память на второй позиции, дисковые накопители на третьей. Примерно так же распределяется и их стоимость — чем ближе к процессору, тем дороже.

В последнее время цены на серверные модули памяти снижаются. Поэтому, чем больше памяти будет на вашем сервере, тем лучше — приложения смогут хранить больше данных ближе к процессору и работать быстрее. Но и здесь необходимо исходить из разумных потребностей, например, нет смысла использовать терабайтное ОЗУ для сервера начального или среднего уровня.

Следует также обратить внимание на память класса СХД (SCM), что позволит увеличить эффективность работы с данными в сервере: нужные данные всегда будут «на расстоянии вытянутой руки» от процессора.

СХД

Выбор дисковой подсистемы зависит от задач сервера. Поэтому необходимо установить приоритет параметров:

  • Быстрая скорость записи-считывания данных (IOPS);
  • Возможность обработать большое количество одновременных запросов;
  • Объем носителей;
  • Стоимость.

Как выстроить эту последовательность приоритетов – зависит от бизнес-задач организации.

Имеющиеся на рынке жесткие диски отличаются друг от друга скоростью вращения шпинделя, объемом и интерфейсом подключения (SAS, SCSI, Fibre Channel, SATA3, NVMe).

SATA-диски обладают относительно небольшой скоростью доступа, но их объём может доходить до десятков терабайт, а удельная стоимость существенно ниже, чем у дисков SCSI. Эти диски идеально подходят для хранения данных, которые запрашиваются не столь часто (FTP-серверы, серверы общего доступа в Internet).

Интерфейса Fibre Channel позволяет передавать данные по оптическому каналу с очень высокой скоростью, но для его применения требуется специальная и весьма дорогостоящая инфраструктура. Оптимально применять FC-диски в системах, где требуется максимальное быстродействие.

Наконец, накопители SSD позволят значительно повысить скорость работы практически любых приложений сервера, однако, при этом следует выбирать твердотельную память корпоративного, а не бытового класса.

***

Все эти данные приведены исключительно для справочных целей. В вопросе выбора сервера, лучше полагаться на помощь компетентных специалистов, например, компании ITELON, которые смогут квалифицированно разобраться в требованиях вашей организации и предложить наилучший вариант сервера, как по функциям и параметрам, так и по цене.