Home Lab Deep Dive: Tauchen Sie ein in die Lagerung

Wir haben es jetzt Ich habe die Server aus dem Weg geräumt Und wenn Sie wie ich sind, haben Sie sich für einige stromhungrige Biester entschieden, die Ihr kleines Heimbüro heizen. Irgendwann möchte ich wieder in ein Haus mit Kellern umziehen, da diese ein großartiger Ort für solche Dinge zu sein scheinen, es sei denn, Sie haben einen echten Verteilerschrank in Ihr Haus eingebaut. Wir gehen nun auf einen weiteren wichtigen Teil Ihres Heimlabors ein – die Lagerung. In Bezug auf die Lagerung müssen mehrere Entscheidungen getroffen werden, und jede davon wirkt sich etwas anders auf Ihr Labor aus. In diesem Beitrag gehen wir auf die Unterschiede zwischen Festplattentypen, Controllern, Speicher und Speicherprotokollen ein, damit Sie bestens darauf vorbereitet sind, die beste Entscheidung zu treffen.

Wir haben es jetzt Ich habe die Server aus dem Weg geräumt Und wenn Sie wie ich sind, haben Sie sich für einige stromhungrige Biester entschieden, die Ihr kleines Heimbüro heizen. Irgendwann möchte ich wieder in ein Haus mit Kellern umziehen, da diese ein großartiger Ort für solche Dinge zu sein scheinen, es sei denn, Sie haben einen echten Verteilerschrank in Ihr Haus eingebaut. Wir gehen nun auf einen weiteren wichtigen Teil Ihres Heimlabors ein – die Lagerung. In Bezug auf die Lagerung müssen mehrere Entscheidungen getroffen werden, und jede davon wirkt sich etwas anders auf Ihr Labor aus. In diesem Beitrag gehen wir auf die Unterschiede zwischen Festplattentypen, Controllern, Speicher und Speicherprotokollen ein, damit Sie bestens darauf vorbereitet sind, die beste Entscheidung zu treffen.

Antriebe /

Laufwerke sind ein Teil Ihres Speichers. Heutzutage werden verschiedene Arten von Laufwerken verwendet, und jede kann unterschiedliche Auswirkungen auf Ihre Speicherinfrastruktur haben. Wir haben in den letzten zwei Jahrzehnten viele Fortschritte bei Festplatten und SSDs gemacht und werden nicht so schnell nachlassen. Ich war zwar nicht mit den ursprünglichen Festplattenlaufwerken vertraut, aber sie waren ursprünglich beeindruckende Maschinen, die im Vergleich zu heutigen Laufwerken nur geringe Datenmengen speicherten. Die vier Haupttypen von Festplatten, die ich besprechen werde, sind:

1. SATA-Laufwerke
2. SAS-Laufwerke
3. SSDs
4. M.2-Laufwerke

SATA

SATA steht für Serial Advanced Technology Attachment. Die meisten Ihrer Heimcomputer verwenden SATA-Laufwerke. Sie sind kostengünstig und können große Datenmengen speichern. Zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels glaube ich, dass die größte Größe etwa 16 Terabyte beträgt. Als SATA 1.0 im Jahr 2003 eingeführt wurde, stellten sie einen großen Fortschritt gegenüber der Festplattentechnologie dar, die sie ersetzten: PATA oder Parallel Advanced Technology Attachment. Sie konnten viel schneller übertragen (ursprünglich 1.5 Gbit/s oder 150 MB/s) als die ausgehenden Laufwerke, die eine maximale Geschwindigkeit von 133 MB/s erreichten. Sie boten außerdem Funktionen wie ein besseres Hot-Plug (Anschließen einer Festplatte bei laufendem System) und einen viel kleineren Kabelstecker mit nur 7 Pins statt 40 oder 80. Seit seiner Einführung hat SATA mehrere Revisionen zu dem entwickelt, was wir heute sind Heute. SATA 3.0 oder Serial ATA-600 ist die aktuelle Version und hat die Leistung erheblich verbessert. Wie Sie vielleicht vermutet haben, liegen die aktuellen Übertragungsgeschwindigkeiten bei bis zu 600 MB/s und in den Zwischenversionen wurden weitere Funktionen hinzugefügt, wie z. B. Native Command Queueing, was die Leistung steigerte. Wie eingangs erwähnt, sind die Hauptfaktoren für diese Festplatten die Menge der gespeicherten Daten und der Preis. Sie bieten eine gute Leistung und sind für die meisten Heimlabore mehr als ausreichend.

SAS

Als nächstes kommen SAS-Laufwerke. SAS-Laufwerke oder Serial Attached SCSI waren ein Ersatz für die älteren Parallel-SCSI-Festplatten. SAS kam 2004 mit dem SAS-1 auf den Markt. SCSI- oder Small Computers System Interface-Festplatten funktionieren anders als SATA. SAS hat viele der ursprünglichen Probleme übernommen, die mit der Vergabe von Adressen für die Festplatten und anderen Problemen verbunden waren, mit denen Systemadministratoren zu kämpfen hatten. SAS-Laufwerke verwenden einen anderen Befehlssatz als der ursprüngliche SCSI-Befehlssatz und sind intelligenter. SAS-Laufwerke sind außerdem schneller als SATA. Ein Teil davon ist auf den Befehlssatz zurückzuführen, aber auch auf die Schnittstelle selbst und die Spindelgeschwindigkeit des Plattentellers. SAS ist außerdem Vollduplex, d. h. es kann gleichzeitig senden und empfangen. Die von ihnen verwendeten Festplattenplatten können sich mit bis zu 15,000 U/min drehen. SATA-Festplatten drehen sich mit 7,200 U/min oder langsamer. Sie verwenden auch höhere Spannungen, was längere Kabellängen ermöglicht. Die aktuellen Geschwindigkeiten von SAS-4 (aktuelle Version) betragen 22.5 Gbit/s oder etwa 2500 MB/s. Wir finden SAS-Festplatten in Unternehmensservern und sie sind teurer. Diese eignen sich hervorragend für den Einsatz in Ihrem Heimlabor, kosten aber mehr und sind in der Regel kleinere Festplatten.

Es gibt einen Laufwerkstyp, der verwirrend sein kann. NL-SAS-Laufwerke. Dabei handelt es sich um SATA-Laufwerke mit einer SAS-Schnittstelle. Sie wurden als kostengünstige Möglichkeit eingeführt, mehr Speicherplatz auf Unternehmensservern zu erhalten. Sie sind zuverlässiger als normale SATA-Laufwerke und der Preis liegt irgendwo in der Mitte.

SSDs

SSDs sind schnell. Kein Zweifel, ich hätte alle SSDs in meinem Heimlabor, wenn ich es mir leisten könnte. SSD steht für Solid State Drives und verwendet keine Festplatten; Sie verwenden Speicherchips, um Ihre Daten zu speichern. Aus diesem Grund sind sie um Größenordnungen schneller als die zuvor besprochenen Antriebe. Da SSD hauptsächlich die Speichertechnologie beschreibt, finden Sie SSDs mit SATA, SAS, NVMe und anderen Schnittstellen. SSDs verwenden einige unterschiedliche Chips und ihre Geschwindigkeiten variieren je nachdem, welche Chips und Controller verwendet werden. Ich werde zwar nicht näher auf die tieferen Aspekte der SSD-Technologie eingehen, möchte Sie aber mit Folgendem belassen. Es gibt SLC-, MLC-, TLC- und QLC-Chips. Die Reihenfolge, in der ich sie aufgelistet habe, ist die Reihenfolge der Geschwindigkeit. Je langsamer der Chip, desto günstiger wird er. Wenn Sie also einen verwenden, können Sie entsprechend wählen.

M.2

Der letzte Laufwerkstyp, den wir besprechen werden, sind M.2-SSDs. Sie verwenden auch SSDs und können entweder SATA-Befehlssätze oder NVMe-Befehlssätze verwenden. Wenn Sie den regulären SATA-Befehlssatz verwenden (es gibt auch einen Unterschied in der physischen Schnittstelle), ist die Geschwindigkeit etwa gleich hoch wie bei einer normalen SATA-SSD und erreicht maximal etwa 600 MB/s. NVMe-SSDs können mit den neuen Motherboards von AMD Geschwindigkeiten von bis zu 5 GB/s erreichen. Selbst mit „älterer“ Technologie können wir immer noch Lesegeschwindigkeiten von 3500 MB/s erreichen. NVMe-Laufwerke nutzen direkte Pfade zum Prozessor, um ihre beeindruckende Geschwindigkeit zu erreichen. Der Preis dafür ist in den letzten Monaten stark gesunken, aber die günstigsten 100-Terabyte-NVMe-Laufwerke liegen immer noch bei etwa 1 US-Dollar. Beachten Sie, dass auch auf diesen Laufwerken unterschiedliche Geschwindigkeitschips (QLC usw.) verwendet werden, da es sich um SSDs handelt.

Basierend auf den oben genannten Informationen können Sie fundierte Entscheidungen darüber treffen, aus welchen Antriebstypen Sie bestehen möchten. Denken Sie auch daran, dass es durchaus möglich ist, die oben genannten Typen je nach Bedarf und Motherboard- oder RAID-Kartenunterstützung zu kombinieren. Tatsächlich verwenden die meisten Unternehmen NL-SAS- oder SATA-Laufwerke für die Speicherung von Archiven oder älteren Informationen und SAS- oder SSD-Laufwerke oder eine Mischung daraus für ihre Hauptdaten. In vielen verschiedenen Speichergeräten können Sie verschiedene „Dienstebenen“ erstellen. Zum Beispiel Hot- und Cold-Storage, und das Gerät verschiebt Daten zwischen ihnen, je nachdem, wie oft auf die Daten zugegriffen wird. Experimentieren Sie ein wenig damit.

Regler

Sobald Sie Laufwerke gekauft haben, müssen Sie diese steuern können. Ebenso wie Antriebe weisen Controller unterschiedliche Leistungsniveaus auf. Im Allgemeinen wählen Sie eine basierend auf der Schnittstelle aus, die Sie unterstützen müssen, und der Schutzstufe, die Sie verwenden möchten.

Die Benennung kann hier etwas verwirrend sein. Glücklicherweise stehen Ihnen in der Regel gute Unterlagen zur Verfügung, die Ihnen bei Ihrer Entscheidung helfen. Dell verfügt über eine Webseite, auf der Sie herausfinden können, welches Gerät Sie benötigen. Wenn du gehst HIER Es gibt eine tolle Vergleichstabelle, die alle Funktionen ihrer aktuellen Controller auflistet. Die meisten Controller, die Sie möglicherweise auf älteren Servern kaufen, verfügen über etwas weniger Funktionen. Einige der Spalten ergeben möglicherweise keinen Sinn, deshalb werde ich sie durchgehen.

• Modell = Name der Karte
• Schnittstellenunterstützung = Dies ist die Art von Festplatten, die die Karte unterstützt.
• PCI-Unterstützung = Dies ist die Version des Steckplatzes auf dem Motherboard, den die Karte zum Betrieb benötigt
• SAS-Anschlüsse = Anzahl der unterstützten Festplatten und ob sie serverintern oder extern (durch einen Port verbunden) sind
• Cache-Speichergröße = Dies ist wichtig, da es eine große Rolle für die Leistung spielt. Auf hoher Ebene entlädt die Karte hier Befehle vom Betriebssystem und hält sie zurück, bis sie sie ausführt. Je größer der Cache, desto schneller erhalten Sie die Kontrolle zurück zu Ihrem Betriebssystem oder Ihrer Anwendung, um mit dem nächsten Vorgang fortzufahren. Größer ist in diesem Fall also normalerweise besser.
• Write Back Cache = So werden die Daten in Ihrem Cache (oben erwähnt) im Falle eines Stromausfalls geschützt. Ältere Karten wie die H700 würden Batterien verwenden, falls der Server die Stromversorgung verlieren sollte, um alle Befehle zu speichern, die sie noch nicht auf die Festplatte geschafft hatten. Die Einschränkung bestand darin, dass die Batterie leer sein würde, wenn die Stromversorgung nicht bald wiederhergestellt würde, und sie ausgetauscht werden müssten, wenn die Batterie nicht mehr in Ordnung sei. Flash Backed hat diese Einschränkung nicht und verwendet Kondensatoren, um Strom zum Schreiben in den Cache bereitzustellen und die Informationen zu speichern, bis die Befehle auf die Festplatte geschrieben werden können.
• RAID-Level = Dies ist das RAID-Schutzniveau, das der Controller unterstützt
• Max Drive Support = Dies ist die Anzahl der Laufwerke, die die Karte unterstützt.
• RAID-Unterstützung = Diese Spalte gibt an, ob der RAID-Prozess über Hardware oder Software erfolgt. Wenn dies über Software erfolgt, welche Software wird unterstützt? Während Software-RAID schneller geworden ist, wird Hardware-RAID immer schneller sein. Unter bestimmten Umständen entscheiden Sie sich möglicherweise für die Verwendung von Software (z. B. wenn Sie Festplatten unterschiedlicher Größe kombinieren möchten), ich empfehle Ihnen jedoch dringend, bei der Hardware-basierten Lösung zu bleiben, wenn Ihr Budget dies zulässt.

Die nächstgelegene Matrix, die ich für HP-Controller finden konnte, war die folgende. Hier Gibt es Gen10 (derzeit die neuesten) und HIER sind die Gen-8-Controller, die Generation, die in den meisten preiswerten Servern bei eBay erhältlich sein wird. Sie verfügen über etwas mehr technische Informationen zu den Controllern, da es sich um Marketingpapiere handelt, die oben genannten wichtigen Felder werden jedoch weiterhin verwendet. Sie kürzen den Flash Based Write Cache in FWBC ab.

Verschiedene Ansätze – kommerzielles NAS, selbstgebautes NAS oder lokaler Speicher

Jetzt haben Sie ein besseres Verständnis für die Hardware Ihres Heimlaborspeichers. Das lässt Sie vor einer neuen Entscheidung stehen. Möchten Sie nur lokalen Speicher (Laufwerke auf Ihrem Server) haben oder möchten Sie gemeinsam genutzten Speicher verwenden? Wir müssen uns natürlich etwas genauer mit diesen Optionen befassen.

• Lokaler Speicher – Hierbei handelt es sich um Speicher, der direkt an Ihren Server angeschlossen ist. Dies kann auch als Direct Attached Storage oder DAS bezeichnet werden. Dabei kann es sich entweder um Festplatten handeln, die im Server untergebracht sind, oder um eine Gehäuseeinheit, die mit einem SAS-Kabel verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass Sie keine zusätzliche Hardware oder Server kaufen müssen. Ein weiterer Grund ist die einfache Einrichtung. Sie können den RAID-Level und das RAID-Format im Betriebssystem einrichten und loslegen. Dann gibt es Geschwindigkeit. Direct Attached ist immer schneller als Shared Storage. Der Nachteil besteht darin, dass Sie den Speicher nur direkt auf diesem Server nutzen können.
• Gemeinsamer Speicher – Bei diesem Speicher handelt es sich um Festplatten in einem Gehäuse, auf denen ein Speicherbetriebssystem ausgeführt wird. Dieser Speicher wird zur Nutzung über das Netzwerk verteilt. Es gibt zwei Arten von gemeinsam genutztem Speicher, der von Heimlaboren verwendet wird.
  • Speicherung auf Blockebene – Hierbei wird normalerweise ein Protokoll namens iSCSI verwendet. Im Wesentlichen werden SCSI-Befehle über das Netzwerk gesendet. Dieses Protokoll wird verwendet, um Speicher darzustellen, der für das Betriebssystem wie rohe Festplatten aussieht. Sie müssen sie formatieren, um sie verwenden zu können. Die Steuerung des Dateisystems und der Dateien auf den Festplatten erfolgt durch die Remote-Server, mit denen es gemeinsam genutzt wird. Es gibt auch andere Speicher auf Blockebene, wie z. B. Fibre Channel, aber ich werde hier nicht näher darauf eingehen, da sie für Heimlabore nicht üblich sind.
  • Speicherung auf Dateiebene – Hierbei wird entweder das Protokoll NFS oder SMB verwendet. NFS ist ein Akronym für Network File System und SMB steht für Server Message Block. Jedes dieser Protokolle wurde verbessert und wird normalerweise mit der verwendeten Version bezeichnet, z. B. NFSv3 oder SMBv3. Jede neue Version baut auf den Funktionen und Fähigkeiten der vorherigen Version auf. Anstatt dem Betriebssystem Rohspeicher zur Verfügung zu stellen, stellt File Level Storage den Servern eine Freigabe oder Bereitstellung zur Verfügung. Der Computer, der die Festplatten steuert, kontrolliert auch das Dateisystem und die darauf befindlichen Dateien.

Welches ist besser? Nun, wie oben erwähnt, kommt es darauf an. Wenn Sie nur einen Server haben, ist lokaler Speicher völlig ausreichend und höchstwahrscheinlich die schnellste Option für Ihre Anforderungen. Wenn Sie Speicher zwischen Servern teilen müssen, sollten Sie den Kauf einer gemeinsamen Speicherlösung in Betracht ziehen. Von diesen beiden versuche ich gerne, jedes Unternehmensmodell zu überwachen, das ich lernen möchte. Wenn mein Unternehmen iSCSI verwendet, möchte ich das lernen. Persönlich bevorzuge ich iSCSI. Der Hauptgrund ist die Geschwindigkeit. iSCSI ist im Allgemeinen etwas schneller und unterstützt Multipathing (mehr als einen Datenpfad zum Speicher) besser als NFS. SMB wird im Allgemeinen nur in Windows-Umgebungen verwendet und wird derzeit nicht oft in Unternehmensumgebungen verwendet. Es steht Ihnen frei, mir in der Frage iSCSI vs. NFS nicht zuzustimmen. Ich stütze meine Forschung auf ein paar Dinge wie diese Krepppapier. Es gibt jede Menge Unterstützer für beide Seiten. Um fair zu sein, ist NFS einfacher einzurichten. Aber das ist für einen anderen Blogbeitrag.

Vorgefertigter Shared Storage vs. DIY

Wenn Sie so weit gekommen sind, müssen Sie sich entscheiden, ob Sie versuchen möchten, Ihre eigene gemeinsame Speicherlösung aufzubauen, oder ob Sie eine vorgefertigte Lösung kaufen möchten.

Es gibt mehrere gute Lösungen von Unternehmen wie QNAP und Synology, um nur einige zu nennen. Es gibt eine ganze Reihe von Unternehmen, die diese Lösungen herstellen, und alle verfügen über viele der gleichen Funktionen. StorageReview.com hat einige davon überprüft auch und diese können Ihnen bei der Entscheidung helfen. Einige Punkte, die Sie beachten sollten: Welche Funktionen Sie benötigen oder wünschen und welche zukünftige Erweiterbarkeit Sie benötigen. Die meisten vorgefertigten Einheiten unterstützen NFS/SMB/und iSCSI. Einige der kleineren Einheiten haben möglicherweise Probleme damit, genügend Datenbandbreite bereitzustellen, um mit Ihrer Umgebung Schritt zu halten, sodass Sie eine entsprechende Entscheidung treffen müssen. Die meisten von ihnen haben einiges gemeinsam. Bei den meisten davon handelt es sich um kleinere Boxen als Server, die weniger Strom verbrauchen und weniger Strom verbrauchen. Jedes Unternehmen hat sein eigenes Betriebssystem, meist eine eigens entwickelte Linux-Variante. Möglicherweise ist ein wenig Einrichtung erforderlich, aber normalerweise ist es etwas einfacher als eine Do-it-yourself-Box. Ich persönlich gehe diesen Weg gerne, weil er einfach ist und es nicht wirklich „notwendig“ ist, zu versuchen, selbst etwas zu entwerfen, es sei denn, Sie unterstützen Speicherserver.

Es gibt jedoch gute Gründe für eine DYI-Speicherlösung. Die meisten vorgefertigten Einheiten verlangen für ihre Lösungen einen gewissen Aufpreis und sind in den meisten Fällen schwierig zu aktualisieren. Wenn es möglich ist, müssen Sie für das Upgrade normalerweise deren Hardware verwenden. Wenn diese Gründe Sie unglücklich machen, dann ist dies Ihr Weg. Sie können ein normales Tower-Gehäuse oder sogar ein Rackmount-Gehäuse kaufen. Sie können einen normalen PC verwenden oder einen von Grund auf neu bauen. Sie müssen entscheiden, welches Betriebssystem Sie verwenden möchten. Windows oder Linux sind normalerweise Ihre beiden Optionen. Die Software, die Sie zum Teilen des Speichers verwenden, ist etwas schwieriger, da es mehrere Optionen gibt. Viele Heimlaboranten verwenden ein Betriebssystem namens FreeNAS. Es gibt noch etwas mehr zum Einrichten, aber im Internet steht Ihnen jede Menge Hilfe zur Verfügung. FreeNAS ist bei weitem eine der beliebtesten Optionen und wie der Name schon sagt, ist es kostenlos. Die Software ist komplett kostenlos, abzüglich der Zeit, die Sie für die Einrichtung aufwenden müssen. Sie können auch einfach Windows Server verwenden. Aber das ist natürlich mit Kosten verbunden. Die Top 5 Softwarepakete mit freundlicher Genehmigung von how2shout.com sind wie folgt:

1. FreeNAS
2. NAS4Free / XigmaNAS
3. OpenMediaVault (OMV)
4. Openfiler
5. rockstore

Ich persönlich habe derzeit zwei Einheiten. Die erste ist eine Synology und verfügt über 4 „Schächte“ oder kann 4 Festplatten aufnehmen. Dies ermöglicht eine ordentliche Geschwindigkeit und verfügt über zwei Netzwerkverbindungen für Multipathing oder eine Standby-Netzwerkverbindung. Derzeit sind Festplatten mit bis zu 2 Terabyte verfügbar, aber ich wollte ein paar mehr Fähigkeiten, also habe ich jetzt ein QNAP-Gerät. Dieses verfügt über 14 Einschübe und kann 9 Laufwerke der größeren 5-Zoll-Größe und 3.5 der kleineren 4-Zoll-Größe aufnehmen. Es bietet auch etwas namens Smart Tiering. Tiering ist ein Konzept, das ursprünglich für teurere Lagereinheiten entwickelt wurde. Beim Tiering werden zwei oder mehr Scheibengeschwindigkeiten intelligent genutzt. Die Software auf der Speichereinheit prüft, wie oft Daten verwendet werden. Wenn es häufig verwendet wird, wird es auf eine schnellere Festplatte verschoben, sodass es für die Benutzer schneller ist. Das Konzept nutzt die Ideen der „heißen“ und „kalten“ Speicherung. Je mehr etwas genutzt wird, desto mehr wird es in den Hot Storage verschoben. Umgekehrt gilt: Je weniger etwas genutzt wird, desto kälter ist es und es wird auf die kalten Speicherlaufwerke oder die leistungsschwächeren Laufwerke verschoben. Dadurch kann ein Unternehmen günstigere Festplatten wie SATA-Laufwerke für Daten kaufen, die nicht häufig genutzt werden.

Dies deckt den Speicherbereich ab. Ich werde Sie von Grund auf durch die Einrichtung meines QNAP-Geräts führen, wenn wir zum Einrichtungsabschnitt dieser Blogserie kommen. Auf diese Weise können Sie sich in diesem Blog und auch von anderen hier bei StorageReview.com ein besseres Bild machen und sich für die beste Speicherlösung für Ihr Heimlabor entscheiden.

– Mike Wilson @IT_Muscle

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Dieser Beitrag ist Teil einer fortlaufenden Reihe von von Benutzern eingereichten Inhalten, die sich mit dem Spaß und den Herausforderungen beim Bau, der Wartung und manchmal beim Wiederaufbau eines Heimlabors befassen. Diese Serie entsteht in Zusammenarbeit mit unseren Freunden bei /r/homelab. Wenn Sie daran interessiert sind, Ihr Setup zu teilen, senden Sie bitte eine E-Mail an [E-Mail geschützt]