برای دستیابی به نیازهای واقعی کاربران بعضی از سازندگان هارد دیسک، تفاوتهای اساسی مابین طراحی هاردهای کلاس Desktop و Enterprise قائل میشوند. در این مجال تفاوتهای این دو حوزه کاربری بررسی میشوند و هدف بررسی کلی این موارد است و از بیان جرئیات خودداری میشود.

تفاوت هارد های enterprice و Decktop در چیست ؟

::  24 آبان 1393  ::

 

 

برای دستیابی به نیازهای واقعی کاربران بعضی از سازندگان هارد دیسک، تفاوتهای اساسی مابین طراحی هاردهای کلاس Desktop و Enterprise قائل میشوند. در این مجال تفاوتهای این دو حوزه کاربری بررسی میشوند و هدف بررسی کلی این موارد است و از بیان جرئیات خودداری میشود. ممکن است شرکتهای مختلف راهکارهای متفاوتی برای بعضی از نیازها داشته باشند که در اینجا قابل بررسی نیستند. به همین دلیل ممکن است بعضی از هاردهای رده Desktop دارای خصوصیاتی از رده Enterprise باشند و برعکس هارد رده Enterprise فاقد یکی از خصوصیات مورد نظر در این رده باشد.
۱- قابلیت استفاده مفید و بار کاری

سیستم های رده Desktop معمولاً یک هارد دیسک یا نهایتاً دو هارد آینه ای (mirror) دارند و طراحی آنها به گونه ایست که بار زیادی را تحمل نمیکنند. درایو محلی فقط در زمانهایی استفاده میشودکه برنامه اجرایی یا فایل swap نیاز به دیتای خاصی دارد و یا دیتا به شکل جزئی یا کامل از طریق برنامه یا سیستم عامل بر روی آن ذخیره میشود. همچنین سیستم در زمانهای غیر کاری و آخر هفته خاموش است و در زمانهای کاری نیز مدت زیادی به حالت بیکار (idle) می ماند.
بر عکس حالت قبل یک سیستم Enterprise ممکن است تعداد زیادی هارد را کنترل کند که این تعداد برای بر آوره کردن یک حجم معین ذخیره سازی و سطحی از افزونگی استفاده میشوند. مثلاً یک سیستم ممکن است از ۴ درایو بصورت Raid10 برای سیستم عامل و چندین درایو دیگر بصورت Raid5 یا Raid6 برای نگهداری دیتای کلاینتها استفاده کند.
یک سیستم Enterprise نه تنها موظف به اجرای سیستم عامل و برنامه های محلی خودش است بلکه بایستی توانایی پاسخگویی به درخواستهای کلاینتها در ۱۰۰ درصد مواقع را نیز داشته باشد. همچنین در مواقع کم باری این سیستم بایستی اعمال دیگری همانند پیداکردن خطای دیسکها، پشتیبان گیری و یا سایر کارهای تعمیراتی را انجام دهد. بار کاری Enterprise تاثیر زیادی در فرسودگی قسمتهای مکانیکی هاردها از جمله یاتاقانها، موتورها، پلاترها و .. دارد که باعث ایجاد حرارت و لرزشهای بیشتری میشود. طبیعتاً با این شرایط هاردهای Enterprise بایستی دارای طراحی ویژه در قسمتهای مکانیکی و همچنین نرم افزاری (firmware) باشند تا این بار را تحمل کنند.
۲- حساسیت نسبت به قیمت تمام شده

سیستم های Desktop نسبت به قیمت خیلی حساس هستند، این هم به خاطر تعداد زیاد کلاینتها است و به عبارتی نسبت کلاینت به سرور خیلی بالاست و تاثیر قیمت در آنها بیشتر است. سیستم های Enterprise نسبت به قیمت بالا واکنش کمتری از خود نشان میدهند چون فاکتور تعیین کننده در آنها در دسترس بودن و قابلیت اطمینان است. برای افزایش میزان تحمل بار کاری درایوهای Enterprise بایستی خصوصیات ویژه ای در طراحی در نظر گرفته شود.
۳- کارایی

درایوهای ویژه سیستم های Enterprise دارای خصوصیاتی هستند تا سرعت دسترسی را بالا برده و از طرفی زمان دسترسی را کم کنند. این خصوصیات شامل مگنتهای قویتر، دور دیسک بالاتر و مدارهای الکترونیکی با مقدار cache بیشتر و میکروپروسسورهای پرسرعتتر میشود.
۴- قابلیت اطمینان (reliability)

قابلیت اطمینان در دیسکها از فاکتورهای زیر متاثر میشود که به شرح آنها می پردازیم:
۴٫۱ بازیابی سکتورهای خراب
درایوهای Desktop برای بازیابی سکتورهای خراب از روش تلاش قهرمانانه استفاده میکنند. از آنجا که معمولاً بر روی یک سیستم Desktop تنها یک هارد دیسک قرار گرفته است، نتیجه سکتور خراب ممکن است به از کار افتادن سیستم عامل یا برنامه منجر شود. معمولاً سیستم های Desktop دارای سیستم online پشتیبان گیری از سکتور خراب نمیباشند.
برای بازیابی دیتایی که دارای سکتور خراب است قبل از اینکه پیغام “خطای خواندن بدون امکان بازیابی” دهند سعی میکنند که سکتور خراب را چندین بار متوالی بخوانند. در حین این اعمال ممکن است درایو از دسترس خارج شود و در اجرای برنامه ها وقفه ایجاد شود. در هنگام ایجاد وقفه تنها کاری که از کاربر بر می آید انتظار کشیدن است. این عمل گاهی تا چندین دقیقه زمان خواهد برد و در این مدت دستورات به وقفه خواهند خورد.
وقفه های طولانی در سیستم های Enterprise غیر قابل قبول هستند زیرا کار تعداد زیادی کاربر را تحت تاثیر قرار خواهد داد و همچنین سیستم های RAID که در این حوزه متداول هستند نسبت به ایجاد وقفه در یک هارد متاثر خواهند شد. یکی از خصوصیات هاردهای Enterprise زمان کم برای اجرای فرامین است. هنگامیکه یک درایو در اثر ایجاد یک سکتور خراب به وقفه می خورد، درایو سعی میکند عمل بازیابی را در صورت امکان از طریق اطلاعات checksum انجام دهد. چنانچه این عمل موفقیت آمیز نباشد هارد کنترلر را خبر میکند و کنترلر سعی میکند اطلاعات خراب شده را از طریق سایر دیسکها بازیابی کند. البته این عمل در سیستمهای RAID و با در نظر گرفتن افزونگی قابل انجام است. یک وقفه کوتاه برای بر طرف کردن مشکل ایجاد میشود ولی در عوض درایو به درخواستهای بعدی سیستم عامل بدون وقفه جواب می دهد. وقفه های معمول مابین ۷ تا ۱۵ ثانیه است و تعداد باری که سعی به خواندن خواهد شد محدود است.
درایوهای Desktop با وقفه های متجاوز از ۳۰ ثانیه نباید در سیستم های Enterprise استفاده شوند. این دیسکها منجر به offline شدن و یا از کار افتادن سیستم عامل و برنامه ها یا خطای صفحه آبی خواهند شد.
۴٫۲ لرزشهای چرخشی (rotational vibration)
لرزشهای چرخشی بر اساس تعداد دور در هر ثانیه اندازه گیری میشود. منبع لرزشهایی که ممکن است عملکرد درایو را تحت تاثیر قرار دهند از سایر قطعات مکانیکی یک سیستم نشات میگیرد که شامل هاردهای مجاور و فن ها است. لرزشهای ناشی از فنها میتواند از طریق کیس یک سیستم به هارد منتقل شود و همینطور لرزش هارد به هاردهای مجاور و بصورت انعکاسی از طریق سیستم به خودش منتقل میشود. مشکل لرزش این است که هنگام خواندن یا نوشتن اطلاعات میتواند هد را از تراک اصلی دیتا جابجا کند و باعث اخلال شود. اگر این لرزش به نحوی جبران نشود امکان اینکه اطلاعات از تراک اصلی خوانده یا نوشته نشود وجود دارد که باعث خراب شدن تراک های مجاور در حالت نوشتن دیتا و خواندن اطلاعات نادرست در حالت خواندن میشود.
مکانیزم خاصی در هارد های Enterprise وجود دارد که این لرزشها را تا حدود زیادی جبران میکند این کار بوسیله تشخیص جهت لرزش درایو، موقعیت هد و تراک انجام میشود. واکنش درایو در این حالت این است که سعی میکند بازوی محرک را محکمتر حرکت دهد یا سعی میکند در دور بعدی موتور به مکان مورد نظر دسترسی پیدا کند. بعضی از روشهای جبرانی باعث اتلاف وقت و در نتیجه پایین آمدن کارایی هارد میشود که گاهی افت تا ۹۰ درصد را در تستها نشان میدهد. مقدار افت به فرکانس و قدرت لرزش بستگی دارد.
۴٫۳ misalignment detection
اکثر درایوها چندین منطقه ویژه برای نگهداری اطلاعات فرمان بر روی نقاط خالی از اطلاعات یک تراک دارند(servo wedges) . یکی از وظایف firmware هر درایو مانیتور پیوسته این اطلاعات است تا موقعیت هد نسبت به تراک را مشخص کند. چنانچه هرگونه misalignment که به معنی قرارنگرفتن هد در مکان مورد نظر است توسط firmware تشخیص داده شود عمل نوشتن یا خواندن به وقفه خواهد خورد تا در دور بعدی هد به مکان مورد نظر برسد. هاردهای رده Desktop تعداد کمتری از اطلاعات فرمان یا servo wedge را بر روی تراک نگهداری میکند و یا تنها یک پروسسور برای اعمال دیتا و servo دارند. با یک پروسسور درایو قادر به انجام اعمالservo در هنگام نوشتن نیست. به عبارتی این هاردها در مقابل لرزشها مصونیت کمتری دارند و در firmware آنها نیز الگوریتم های ساده تری استفاده شده است که در نتیجه کارایی هارد در مقابل این خطاها کمتر میشود. اغلب هاردهای enterprise دارای دو پروسسور مجزا برای اعمال دیتا و servo هستند و در firmware آنها نیز الگوریتمهای ویژه ای برای جبران سازی این خطاها دیده شده است.
۴٫۴ سنسورهای آشکارسازی لرزش
اغلب هاردهای Enterprise دارای سنسورهای خاص برای آشکارسازی لرزشها در برد الکترونیکی هارد هستند. این سنسورها قادر به تشخیص حرکت هارد در هنگام تغییر موقعیت هد توسط servo هستند که روش مطمئن تری برای قرار دادن هد در موقعیت مناسب را فراهم میکند و همچنین زمان بهتری برای نوشتن یا خواندن اطلاعات تعیین میشود. با این حال این روش تاثیر کمتری دارد در هنگامیکه از یک پروسسور برای اعمال مختلف استفاده میشود. هاردهای Enterprise دارای یک سیستم فیدبک مابین هد مغناطیسی و بازوهای محرک هستند که باعث تشخیص بهتر لرزشها و و واکنش بهتر میشود.
هاردهای Desktop مکانیزمهای کمتری برای جبران سازی خطاهای ناشی از لرزش دارند که باعث کاهش کارایی در این موارد و بالا رفتن خطاها میشود. بالعکس هاردهای Enterprise دارای موارد جبران سازی بیشتری هستند. این مزایا در محیط هایی همانند سرورروم که تعداد سیستم ها و همچنین سیستم های جانبی همانند سیستم های تهویه نیز وجود دارد بیشتر به درد میخورد.
۴٫۵ دیتای بدون خطا یا درستی دیتا data integrity
یکی از خصوصیات سیستم های Enterprise این است که دارای مکانیزم هایی برای تشخیص خطا در سرتاسر یک پروسه کاری هستند. دیتای انتقالی در هر مرحله از انتقال بوسیله اطلاعات parity یا checksum همراه میشود که باعث میشود خطاهای ناشی از انتقال دیتا آشکار شود و در مراحلی بازیابی شده و یا مجدداً ارسال شود. اگرچه سیستم های Desktop در مراحلی دارای این مکانیزم تشخیص خطا هستند ولی این کار مشمول همه اجزا نمیشود به عنوان مثال سیستم های Desktop از حافظه های ECC در رم سیستم یا cache درایو استفاده نمیکنند. سیستم های Enterprise از روشهای تشخیص خطا در تمام مراحل ارسال دیتا استفاده میکنند که این شامل حافظه های دیسک نیز میشود.



درایوهای Enterprise از ECC برای تشخیص خطا در هنگام انتقال دیتا مابین حافظه داخلی خود و همچنین الگوریتمهای داخلی استفاده میکنند. این شکل از تشخیص خطا برای هر کدام از سازندگان هارد دیسک بصورت اختصاصی است. عدم وجود این خاصیت در درایوهای Desktop باعث ناپایداری سیستم میشود و چون پیدا کردن خطا در این حالت بسیار مشکل است، خطا به مراحل بعدی نیز سرایت میکند و باعث اخلال در کار سیستم عامل و یا خراب شدن دیتا میشود.
۴٫۶ اندازه متغیر سکتور
بسیاری از هاردهای رده Enterprise این قابلیت را دارند که اندازه سکتور در محدوده ای تغییر کند. این درایوها از یک سکتور ۵۲۸ بایتی استفاده میکنند و به کنترلر این اجازه را میدهد که از ۵۱۲ بایت برای دیتا و بقیه آن برای قرار دادن اطلاعات checksum استفاده کند که با این کار کنترلر این امکان را پیدا میکند که اطلاعات اصلی را بوسیله checksum تایید کند و در صورت نیاز بصورت همزمان عملیات بازیابی را انجام دهد.
درایوهای Desktop فاقد این امکان هستند و مقدار هر سکتور بر روی ۵۱۲ بایت ثابت شده است اگرچه قسمت کوچکی در انتها برای نگهداری parity رزرو شده است. این اطلاعات برای پیدا کردن خطا کافیست ولی به اندازه کافی وجود ندارد که بتوان عملیات بازیابی را نیز انجام داد.
۵- مرور مشخصات

در جدول زیر مقایسه ای مابین مشخصات مختلف هارد های Enterprise و Desktop آورده شده است. البته این مشخصات بسته به سازنده ممکن است متفاوت باشد. عموماً مشخصات رده بالا مربوط به هاردهای SAS میشود و مشخصات پایین تر مربوط به هاردهای SATA و هاردهای Enterprise با اینترفیس SATA مابین این دو قرار میگیرند.
۶- چند نکته کلیدی

همانطور که تکنولوژی دائماً در حال تغییر و روبه پیشرفت است، مشتریان آن نیز مابین محصولات مختلف قدرت انتخاب دارند تا از گزینه مناسبی برای محیطهای Enterprise یا Desktop استفاده کنند. در حقیقت بایستی تعادلی مابین نیازهای سیستم و مشخصات هارد بر قرار کنیم و مدلی را انتخاب کنیم که مورد استفاده واقعی باشد. مشخصات متنوع انواع هاردها بر روی پارامترهای مختلفی از جمله امنیت دیتا و پایداری سیستم تاثیر گزار است. شکی نیست که در مورد سرورهایی که بایستی در سرورروم به صورت ۲۴ ساعته سرویس دهند بایستی از هاردهای Enterprise استفاده کرد. در مورد ذخیره سازها نیز نبایستی در مواردیکه از هاردهای با ظرفیت بالا استفاده میشود، مدل های Desktop جایگزین مدل های Enterprise شوند.
نکته اول: در نظر گرفتن هاردهای ظرفیت بالا و Enterprise
در اینجا لازم است توضیح مختصری در مورد یکی از گزینه های قابل انتخاب یعنی هاردهای با ظرفیت بالا و Enterprise آورده شود. این رده از هاردها بر اساس طراحی هاردهای با ظرفیت بالا ساخته میشوند ولی دارای خصوصیات مورد نظر در محیط های Enterprise هستند یعنی MTBF آنها بالا و برای کاربردهای ۷×۲۴ ساخته میشوند ولی دور آنها بیشتر از ۷۲۰۰rpm نیست. طبیعتاً قیمت این هاردها بالاتر از مدلهای مشابه Desktop است.
اما در مورد اینگونه هاردها دو گزینه مطرح است یکی مدلهای با اینترفیس SATA و دیگری مدلهای با اینترفیس SAS . در حقیقت طراحی داخلی این دو مدل یکی است و مشخصات آنها تفاوت ندارد ولی مدل با اینترفیس SAS به رده Enterprise نزدیکتر است که اصطلاحاً به آنها هاردهای NL-SAS گفته میشود.
سوال اساسی این است که هر کدام از این مدلها برای چه سیستمهایی مناسب می باشد که جواب آن یک توضیح مختصر دارد و یک توضیح مفصل تر که مربوط به تفاوت اینترفیس های SATA و SAS می باشد.
جواب مختصر این است که قیمت مدل با اینترفیس SATA کمی پایین تر است ولی تفاوت خیلی فاحشی ندارند به عنوان مثال در مورد یکی از مدلهای شرکت Seagate قیمت هارد ۳ ترابایت با اینترفیس SATA یا ST3000NM0033 در سایت آمازون ۲۶۶ دلار و قیمت همین مدل با اینترفیس SAS یا ST3000NM0023 مبلغ ۲۸۰ دلار است. اصولاً ذخیره سازهای جدید که از هاردهای NL-SAS پشتیبانی میکنند ذاتاً امکان استفاده از هاردهای با اینترفیس SATA را نیز دارند ولی برعکس آن صادق نیست و نمیتوان هاردهای SAS را به اینترفیس SATA متصل کرد و لذا در بعضی از کاربردها مجبور به استفاده از هاردهای با اینترفیس SATA هستیم.
نکته حائز اهمیت دیگر این است که کارایی یک هارد SATA بصورت تکی از یک هارد با رابط SAS ممکن است بالاتر باشد و این به خاطر مکانیزمهای مختلف چک خطا در این هاردها است و لذا استفاده از این هاردها در این شرایط کندتر از مشابه SATA است ولی در مورد بکارگیری تعداد زیادی هارد در یک مجموعه ذخیره ساز استفاده از SAS ارجحیت دارد و این بخاطر تفاوت این دو اینترفیس است.
بصورت خلاصه تفاوت این دو اینترفیس به شرح زیر است:
هاردهای SAS به صورت Full-duplex هستند در حالیکه هاردهای SATA به شکل simplex می باشند. به این معنی که هاردهای SAS قابلیت خواندن و نوشتن را بصورت همزمان دارند.
رابط SAS از دستورات اصلی SCSI استفاده میکند که قابلیت های بیشتری دارد.
یک درایو SAS از الگوریتمهای تشخیص خطا و گزارش دهی SCSI استفاده میکند که قویتر از مکانیزم های گزارش دهی درایوهای SATA است. این قابلیت به سیستم ذخیره ساز این قابلیت را میدهد که اطلاعات بیشتری از وضعیت هاردها در حالتیکه خطایی رخ میدهد جمع آوری کند همانند وضعیت Fail یا marginal.
درایوهای SAS بصورت دو پورت هستند که در سیستم های ذخیره ساز دارای دو کنترلر مورد نیاز است.
اندازه سکتور در درایوهای SAS متغیر است، بر عکس درایوهای SATA که همیشه ۵۱۲ بایت است.
در شکل زیر جدولی مشابه جدول مقایسه هاردهای Enterprise و Desktop آورده شده است البته با این تفاوت که دو نمونه هارد Nearline با اینترفیسهای SATA و SAS نیز در آن گنجانده شده است.

نکته دوم: وضعیت آینده
در سالهای اخیر بحث استفاده از SSD بیشتر مطرح شده است. مزیت اصلی این درایوها در حال حاضر تاخیر کم آنهاست که باعث شده مقدار IOPS برای هر هارد بالا برود. مشکل اصلی این گزینه در حال حاضر قیمت بالای آنهاست که این هم در یک صورت قابل توجیه است که TCO را در نظر بگیریم. یعنی کاری که تعداد زیادی هارد Enterprise انجام میدهند با تعداد کمتری هارد SSD قابل انجام است. البته هزینه های مصرف انرژی را نیز باید در نظر گرفت.
البته با نکات ذکر شده در قسمت قبل استفاده از هاردهای NL-SAS برای بالابردن حجم ذخیره سازی در حال حاضر به صرفه تر است و لذا شاهد آن هستیم که در سیستم های ذخیره ساز امروزی امکان قرار دادن انواع هاردها در یک حفره وجود دارد و با قابلیت هایی همانند HSM میتوان از مزیتهای هر دو راه حل در یک حجم یکپارچه بصورت همزمان استفاده کرد. به این معنی که سیستم بصورت اتوماتیک هاردهای SSD و NL-SAS را در یک حجم قرار داده و دیتا را مابین tier های مختلف جابجا میکند.
قابلیت ذکر شده در قسمت قبل را میتوان در سیستم عاملها و سیستم فایل های مختلف نیز پیدا کرد. مثلاً آخرین نسخه ویندور ۲۰۱۲ R2 دارای این مشخصات است و همچنین سیستم فایل ZFS دارای قابلیتهایی از این دست می باشد.
۷- نتیجه گیری

انتخاب نوع و مدل هارد بایستی بر اساس نیاز باشد و صرف در نظر گرفتن قیمت و یا حجم ذخیره سازی نمیتواند ملاک عمل قرار گیرد. در این مقاله فرصت بررسی جزئیتر بعضی از مشخصات نشد که در سند پیوست جزئیات بیشتری آورده شده است. در سیستم های ذخیره ساز حتماً بایستی از مدل های Enterprise استفاده شود و در حال حاضر گزینه NL-SAS برای کاربردهای مورد نظر ما از جمله ویدئو مناسب است. برای کاربردهای ویژه همانند دیتابیس بایستی از هاردهای SAS 10k or 15k استفاده کرد و در صورت امکان هاردهای رده Enterprise SSD مناسب ترند.