SAS, SATA и NVMe: какие диски выбрать для сервера

Переход с SATA на NVMe не гарантирует ускорения сервера. Если ограничение находится в процессоре, памяти или сети, более производительная дисковая подсистема не устранит его. При этом слишком медленные накопители сами могут сдерживать работу приложений.

Разберем различия технологий, ключевые характеристики дисков и их применение в базах данных, виртуализации, файловом хранении и других сценариях.

В этой статье

• SAS, SATA и NVMe: как устроены и чем отличаются
• Какие характеристики важны для серверных дисков
• Какие параметры сервера влияют на выбор накопителей
• Какие накопители выбрать для разных задач
• Вопросы и ответы

SAS, SATA и NVMe: как устроены и чем отличаются

HDD и SSD обозначают технологию хранения. Интерфейс и протокол описывают способ обмена с системой.

Способ обмена влияет на пропускную способность, задержку, обработку одновременных запросов и возможные схемы подключения.

SATA

Обмен идет по последовательному каналу через контроллер. Такой интерфейс применяется с HDD и SSD.

SATA ограничивает скорость передачи данных уровнем 6 Гбит/с. Производительные SSD способны упираться в возможности самого соединения.

Для ожидающих операций используется очередь команд NCQ. В HDD она помогает выбрать более подходящий порядок чтения и записи и сократить перемещения головок.

SAS

Один контроллер может работать с группой дисков через SAS-расширители. Такая схема применяется в системах с большим количеством устройств.

У соответствующих моделей предусмотрено два порта. Их можно подключить по независимым путям, чтобы сохранить доступ при отказе одного соединения.

NVMe

Для локального подключения обычно используется PCIe. Скорость зависит от его поколения, количества линий и характеристик самого SSD.

Протокол обрабатывает большое число команд параллельно. Такой принцип полезен при интенсивных одновременных обращениях.

Сравнение SAS, SATA и NVMe по основным параметрам

Какие характеристики важны для серверных дисков

Одинаковый интерфейс еще не означает одинаковые возможности устройств. Две модели могут различаться по скорости под нагрузкой, ресурсу записи и поведению при внезапном отключении питания.

Производительность

Скорость нельзя оценивать по одному показателю. Для разных задач важны пропускная способность, число операций ввода-вывода и задержка.

— Редакция CRABBIT

Пропускная способность показывает объем информации, который можно передать за единицу времени. Она важна при последовательном чтении и записи крупных объемов.

Число операций ввода-вывода в секунду показывает, сколько отдельных запросов система успевает обработать. Показатель особенно важен при работе с небольшими случайными блоками.

Задержка показывает время выполнения отдельного запроса. Ее влияние заметнее в приложениях с частыми короткими обращениями.

Паспортные показатели корректно сравнивать только при близких условиях испытаний. На результат влияют размер блока, соотношение чтения и записи, глубина очереди и другие параметры теста.

Ресурс записи SSD

Серверные SSD рассчитаны на разную интенсивность записи. Производители указывают ресурс, который помогает оценить допустимую нагрузку за заявленный срок эксплуатации.

Важно!

Один из показателей — DWPD, число полных перезаписей емкости в сутки. Значение 1 DWPD означает ежедневную запись объема, равного полной емкости, в течение указанного производителем срока.

Защита при отключении питания

Во время записи часть информации временно хранится во внутренней памяти SSD. Внезапное отключение питания может прервать операцию.

В корпоративных моделях запас энергии помогает завершить критичные операции и сохранить информацию в энергонезависимой памяти.

Какие параметры сервера влияют на выбор накопителей

Одна платформа может выпускаться с несколькими вариантами дисковой части. Исполнения различаются отсеками, контроллерами, разводкой PCIe и доступными функциями.

Дисковая корзина и объединительная плата

Конструкция шасси задает число и размер отсеков. Объединительная плата связывает их с контроллером или линиями PCIe.

Разные исполнения могут поддерживать SAS/SATA, NVMe или смешанную схему. Поэтому одинаковое число отсеков не означает одинаковые возможности.

Контроллер и HBA

Аппаратный RAID-контроллер формирует массивы и задает доступные уровни и функции управления.

В режиме HBA физические устройства передаются операционной системе без создания виртуального RAID на контроллере. Такой вариант используют при программном управлении хранением.

Поддержка PCIe для NVMe

Число устройств ограничивают количество линий PCIe, их разводка и связь с конкретными отсеками. При смешанной схеме часть позиций работает через SAS/SATA, остальные получают линии PCIe.

Форм-фактор

В серверном оборудовании встречаются 2,5-дюймовые диски, M.2, E3.S и другие исполнения. Одинаковые размеры корпуса не означают одинаковые разъемы и интерфейсы.

Горячая замена

Возможность заменить диск без остановки системы зависит от исполнения дисковой части. Даже внутри одной платформы разные группы отсеков могут обслуживаться по-разному.

СХД в наличии на складе в Москве

Показать варианты →

Какие накопители выбрать для разных задач

Характер работы с данными задает требования к дисковой подсистеме. Транзакционные системы создают множество коротких операций, файловые хранилища могут работать с большими последовательными потоками, а виртуализация объединяет несколько типов нагрузки одновременно.

База данных: много коротких операций

Ситуация. Транзакционная СУБД постоянно читает и изменяет небольшие блоки. Параллельно идут пользовательские запросы, запись журнала, обслуживание индексов и фоновые операции.

Что важно. Критичны допустимая задержка, число случайных операций и интенсивность записи. Для твердотельных устройств дополнительно учитывают расчетный ресурс.

Что рассматривать. При высокой активности используют серверные SSD с низкой задержкой и подходящим ресурсом записи. NVMe нужен при большом числе операций, а SATA может закрыть умеренную нагрузку. SAS востребован в системах с соответствующей архитектурой хранения.

Виртуализация: смешанная нагрузка от нескольких машин

Ситуация. Виртуальные машины одновременно запускают приложения, работают с файлами, устанавливают обновления и обращаются к собственным базам данных. В результате локальное хранилище получает разные типы операций с периодическими пиками.

Что важно. Ориентироваться нужно на суммарную активность в наиболее нагруженные периоды. Средние показатели могут скрывать короткие пики, при которых время отклика заметно увеличивается.

Что рассматривать. Для плотной виртуализации с активным локальным вводом-выводом используют SSD. При большом числе одновременных операций преимущество получает NVMe. В менее нагруженной среде требований SATA может быть достаточно.

Файловое хранение: емкость или частые обращения

Ситуация. Один файловый сервер хранит крупные архивы и образы, другой — множество небольших документов, с которыми одновременно работают пользователи.

Что важно. Для крупных файлов большее значение имеют емкость и последовательная передача данных. Множество мелких объектов повышает требования к числу операций и времени доступа.

Что рассматривать. Большие объемы обычно размещают на HDD. SSD полезны для рабочих наборов с частыми обращениями и большим количеством небольших файлов.

Резервное копирование: большой поток данных за ограниченное время

Ситуация. Система по расписанию принимает значительный объем резервных данных. При восстановлении хранилище передает нужный объем обратно в рабочую среду.

Что важно. Основную роль играют емкость и скорость последовательной передачи. На длительность операции также влияют источник данных, сеть и программное обеспечение резервного копирования.

Что рассматривать. Для больших объемов обычно используют HDD. SSD оправданы, когда скорость целевого хранилища ограничивает создание или восстановление копий.

Аналитика и обработка данных: большие объемы чтения

Ситуация. Система параллельно читает крупные наборы данных, сканирует таблицы, выполняет сортировку и передает информацию на обработку.

Что важно. Здесь возрастает роль общей пропускной способности и параллельного чтения. Чем больше данных нужно одновременно передавать на обработку, тем выше нагрузка на хранилище.

Что рассматривать. NVMe SSD подходит, если локальное хранилище ограничивает скорость обработки. При упоре в процессор, память или сеть замена дисков не решит проблему.

Краткий вывод

В смешанной инфраструктуре разные классы хранения можно использовать одновременно. Производительный уровень обслуживает активно используемую информацию, емкостный — архивы и резервные копии. Так ресурсы распределяются в соответствии с реальными требованиями приложений.

Вопросы и ответы