Введение
В настоящее время жесткие диски для ПК, которые используют интерфейс последовательного ATA (SATA), широко применяются в системах хранения данных. Они используются в первую очередь для создания резервных копий данных с одного диска на другой (D2D) и для создания RAID-массивов на соседних SATA-накопителях. Это обеспечивает более быстрое резервное копирование RAID. Наиболее распространен метод «Диск-диск-лента» (D2D2T), который снимает нагрузку с основного пользовательского массива RAID на операции резервного копирования на ленту. Один из наиболее распространенных методов резервного копирования данных называется “Диск-диск-лента” (D2D2T). Этот метод позволяет снизить нагрузку на основной пользовательский RAID-массив в процессе выполнения операций по созданию резервных копий на ленточные носители. Метод D2D2T обеспечивает эффективное и надежное создание резервных копий данных, позволяя сохранять ценную информацию на ленточных носителях, что обеспечивает дополнительный уровень сохранности данных в случае неожиданных сбоев или потери доступа к основному RAID-массиву. Этот метод широко используется в сферах, где сохранность данных играет критическую роль, таких как корпоративные сети и центры обработки данных [1].
Рынок накопителей для ПК требует, чтобы их стоимость была сбалансирована с учетом их надежности при проектировании и испытаниях надежности [2]. Диски SATA представляют собой привлекательное решение с точки зрения стоимости, поскольку они наследуют низкую цену дисков ATA. Важно отметить, что они также обладают самой высокой плотностью записи битов, что в свою очередь обеспечивает максимальную емкость каждого диска. Это означает, что пользователь получает наибольший объем хранилища за наименьшие деньги. Растущее число доступных интерфейсов накопителей (ATA, SATA, SCSI, FC, iFC, iSCSI) — это просто возможности для более гибкого выбора конструкции системы хранения. Диски ATA предназначены для дневного офисного использования, поэтому срок службы дисков для ПК на рынке ограничивает доступность долгосрочных данных о надежности для условий пользователей.
Диски с повышенной надежностью обычно обладают меньшей максимальной емкостью. Разработчики SCSI-дисков используют это преимущество в надежности, создавая диски, которые, несмотря на их более скромную емкость, обеспечивают высокую производительность. Это достигается путем организации одновременного доступа к множеству дисков, что позволяет достичь оптимальной производительности в области хранения данных [3].
RAID-системы предназначены для обеспечения более высокой доступности данных и защиты от потери информации при отказе одного или нескольких дисков.
Применение RAID-систем для SATA дисков
RAID (Redundant Array of Independent Disks) – это технология, которая позволяет объединять несколько физических дисков в единое хранилище данных с целью повышения надежности, производительности или обоих параметров. Применение надежности RAID-систем для SATA дисков может быть особенно полезным для обеспечения сохранности данных в случае сбоев дисков [4].
Существует несколько часто применяемых уровней RAID, которые могут использоваться с SATA дисками:
– RAID 1 (Зеркалирование): При этом уровне данные дублируются на два SATA диска. Если один из дисков выходит из строя, данные остаются доступными на другом (рисунок 1). RAID 1 обеспечивает высокий уровень надежности, но половину емкости дисков используется на хранение дубликатов данных. Среди недостатков выявляют сложность в масштабировании, использование дополнительного дискового пространства, ограниченная производительность записи.
Рисунок 1. Схематическое представление структуры RAID 1.
– RAID 5: Этот уровень использует три или более SATA диска и распределяет данные с четкими проверочными суммами (parity) между ними (рисунок 2). Если один диск выходит из строя, данные могут быть восстановлены из паритетной информации. RAID 5 обеспечивает хорошее сочетание производительности и надежности. Недостатками метода являются сложность в обслуживании, длительное время восстановления, риск потери данных при сбое двух дисков [4,5].
Рисунок 2. Схематическое представление структуры RAID 5.
– RAID 6: Аналогичен RAID 5, но использует двойную проверочную сумму (две паритетные суммы), что позволяет восстановить данные даже при сбое двух дисков (рисунок 3). RAID 6 предоставляет более высокий уровень надежности, но требует больше дискового пространства. Недостатками является сложность администрирования, большая загрузка процессора, медленное восстановление данных [5].
Рисунок 3. Схематическое представление структуры RAID 6.
– RAID 10 (1+0):Этот уровень представляет собой комбинацию RAID 1 (зеркалирования) и RAID 0 (стрипинга). Данные зеркалируются на одном наборе дисков, а затем данные из этих зеркалов стрипятся на другой набор дисков (рисунок 4). Это обеспечивает высокую производительность и надежность, но требует больше дисков для реализации [5].
Рисунок 4. Схематическое представление структуры RAID 10.
Выбор конкретного уровня RAID зависит от ваших потребностей в надежности и производительности. SATA диски обычно менее дорогие по сравнению с SSD дисками, поэтому они часто используются для создания доступных по цене хранилищ данных с применением RAID-систем для обеспечения надежности и уровня отказоустойчивости в случае сбоев оборудования.
Требования к надежности накопителя SATA RAID
Покупатели дисков SATA ожидают, что аттестуемые модели этих дисков успешно проходят стандартные тесты надежности, аналогичные тем, которые применяются к дискам SCSI/FC. Эти тесты включают в себя проверку конструкции и демонстрационное испытание на надежность. Конкретные требования к проведению испытаний надежности должны быть сбалансированы с ценой диска. Однако важно отметить, что надежность, выраженная в параметрах MTBF (Среднее время наработки до отказа) и AFR (Годовая частота отказов), должна рассматриваться как цель, а не абсолютная гарантия. Производители дисков SATA и SCSI/FC могут предоставлять схожие показатели в отношении наработки до отказа и частоты отказов, но они не всегда раскрывают подробности о проведенных испытаниях надежости. Важно заметить, что частота неисправимых ошибок (UNC) в дисках SATA на порядок выше, чем у дисков SCSI [6].
Надежность накопителей SATA в системах RAID имеет важное значение, особенно при работе с ценными данными.
Основные требования к надежности накопителей SATA при использовании RAID-систем:
– Надежность дисков.Существует выбор SATA-накопителей, которые известны своей надежностью и имеют высокий срок службы. Производители с хорошей репутацией, такие как Seagate, Western Digital, Toshiba и HGST, часто предлагают более надежные модели.
– Гарантия и служба поддержки.Приобретение накопителей с долгосрочной гарантией и доступной службой поддержки обеспечит пользователя дополнительным уровнем защиты и помощи в случае проблем.
– RAID-уровень.Выбор подходящего уровеня RAID для потребностей пользователя предоставляет дополнительный уровень надежности, такие как RAID 1 (зеркалирование) и RAID 5 (паритет). RAID 6 или RAID 10 также могут быть рассмотрены для более высокой степени защиты данных.
– Проверка и замена дисков. Регулярная проверка состояния дисков в массиве (с помощью SMART-информации и других инструментов) и своевременнаязамена диски, с выявленными дефектами позволит избежать потери данных.
– Регулярное резервное копирование. Независимо от уровня надежности RAID, всегда рекомендуется регулярно создавать резервные копии важных данных на внешних накопителях или в облаке.
– Мониторинг состояния массива.Использование программного обеспечения для мониторинга состояния массива RAID поможет оперативно реагировать на предупреждения и ошибки, связанные с дисками.
– Защита от физических угроз. Обеспечение физической защиты хранилища данных способствует предотвращению кражы или физических повреждений оборудования.
Важно подходить к анализу надежности и безопасности RAID-систем индивидуально, учитывая конкретные требования и бюджет. Следуя этим рекомендациям и обеспечивая правильную настройку и обслуживание системы RAID, пользователь сможет повысить надежность хранения данных на накопителях SATA.
Частота отказов в работе
Производители приводов анализируют возвращенные из-за поломок диски для выявления причин неисправности и улучшения конструкции. Многие «поломанные» диски SCSI видны, но «сбои» поля ATA составляют лишь несколько процентов (из этого выходит, что многие «неисправные» диски ATA или SCSI работают правильно, если это проверено их производителем).
Дисковые системы хранения обычно постоянно находятся в работе, поэтому статистические данные о сбоях дисков представляют из себя интенсивность отказов в рабочем режиме (в часах работы). Они варьируются в пределах 0,3–3% на год. Типичная сегодняшняя цель спецификации накопителя для SATA или SCSI/Fibre Channel составляет 0,7% годовой интенсивности отказов (= 24*365/1.200.000 часов — среднее время безотказной работы). Еще один фактор надежности, указанный производителем, — «пятилетний срок службы привода». С недавних пор это стало гарантией производителя накопителя, что является противоречием, поскольку 1.200.000 часов наработки на отказ означает, что 50% накопителей прослужит 137 лет, что намного больше, чем их расчетный срок службы, равный 5 годам. Фактическая цель надежности и ее тестовая проверка заключается в обеспечении соответствия надежности в течение 3–5 лет. Персональные диски (ПК) могут выйти из строя при более высоких нагрузках, особенно при неправильном обращении со стороны пользователей.
Заключение
В данной статье были рассмотрены ключевые аспекты, связанные с надежностью, безопасностью и выбором хранилища данных. Нами устанавливается важность осмысленного выбора дисковых накопителей, учитывая их стоимость и надежность. Особое внимание уделяется анализу вероятности сбоя RAID-системы и возможным альтернативам для резервного хранения данных.
Вопросы безопасности данных рассматриваются как неотъемлемая часть обеспечения надежности. В статье указывается важность применения команд безопасного стирания, использования паролей диска SATA и шифрования данных для защиты информации от несанкционированного доступа.
Работа предлагает комплексный взгляд на вопросы надежности и безопасности хранения данных, предостерегает от потенциальных рисков и предлагает практические рекомендации для обеспечения конфиденциальности информации.
Библиографический список
- Завгородний В.И.Комплексная защита информации в компьютерных системах: Учебное пособие. – М.: Логос; ПБОЮЛ Н.А. Егоров, 2001. – 264 с : ил. ISBN 5-94010-088-0
- Барабанов А.В, Дорофеев А.В, Марков А.С, Цирлов В.Л. Семь безопасных информационных технологий / под ред. А.С.Маркова. – М.:ДМК Пресс, 2017. – 224 с.: ил. ISNB 978-5-97060-494-6
- Галас В.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации : учебник. В 2 ч. Ч. 2. Сети и телекоммуникации / В. П. Галас ; Владим. гос. ун-т им. А. Г. и Н. Г. Столетовых. – Владимир : Изд-во ВлГУ, 2017. − 284 с. ‒ ISBN 978-5-9984-0817-5 (ч. 2). ‒ ISBN 978-5-9984-0731-4.
- James L, Jonathan P, Nelson Trujillo. Redundant array of independent disks: Practical on-line archiving of nuclear medicine image data. Journal of Digital Imaging 9, 37-38, 1996.
- J. G. Elerath and M. Pecht, “A Highly Accurate Method for Assessing Reliability of Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID),” Trans. on Computers, IEEE, March, 2009.
- Ионкин Д.А, Головушкин А.А, Грязнов Л.Д. Тестирование и сравнительный анализ различных жестких дисков. Современная наука: актуальные вопросы, достижения и инновации, Пенза, 2021 г.