Что такое NAS?
Сетевые хранилища (Network Attached Storage, NAS) — решения для хранения данных с сетевыми интерфейсами — уже приобрели популярность в сфере бизнеса и становятся всё более распространёнными в домашней среде. Производители стараются выпускать NAS-хранилища для всех типов пользователей, поэтому выбора предостаточно: начиная от простых устройств с одним единственным жёстким диском, а также с двумя, тремя и более винчестерами, до больших NAS-серверов с полнофункциональным компьютерным «железом» внутри.
 |
Нажмите на картинку для увеличения.
Помимо большой вместительности, многие NAS-накопители обладают дополнительными функциями, такими как возможность предоставления совместного доступа к мультимедийным файлам через Universal Plug and Play (UPnP). Таким образом, они могут отвечать за раздачу мультимедийных данных на компьютеры для домашнего кинотеатра (Home Theater PC, HTPC) по сети, не требуя при этом от последнего наличия огромных жёстких дисков.
Однако разница между сетевыми хранилищами значительна, и не все из них обеспечивают достаточную производительность. Многие из таких отличий больше относятся к скорости передачи и надёжности хранения данных, нежели к программному обеспечению. Хранилища с одним единственным жёстким диском, к примеру, не обеспечивают защиту от потери данных в случае поломки диска. NAS-накопители, содержащие несколько жёстких дисков, гарантируют более высокую степень защиты данных от потерь, но при некоторых обстоятельствах жертвуют производительностью по сравнению с аналогичными устройствами других производителей.
Покупаем NAS с двумя жёсткими дисками, как минимум
Сетевые хранилища, поддерживающие несколько жёстких дисков, как правило, включают в себя функциональность RAID, независимо от того, рекламирует это производитель или нет. Данная технология позволяет объединять несколько физических дисков в один логический диск, где отдельные устройства содержат избыточную информацию о хранимых данных. Если у одного из жёстких дисков возникнет проблема, то в зависимости от выбранного режима RAID, данные всё равно будут доступны (за исключением RAID 0, конечно).
Выбор уровня RAID определяет избыточность данных в NAS. При RAID 1 происходит «зеркалирование» данных с одного физического диска на другой. Это простейший метод хранения данных с избыточностью. Необходимым условием работы конфигурации RAID 1 является наличие как минимум двух физических дисков.
Ещё одним популярным режимом RAID является RAID 5. Для него необходимо иметь минимум три жёстких диска. В отличие от RAID 1, в конфигурации RAID 5, блоки данных не «зеркалируются» один за другим на все диски, а равномерно распределяются по ним. Помимо этих данных, на диски записывается информация избыточности (чётности). В случае выхода из строя одного жёсткого диска, эта информация избыточности позволяет восстановить блоки данных, хранящиеся на дефектном диске. Информация избыточности вычисляется с помощью функции под названием «исключающее ИЛИ» (XOR).
Аппаратный и программный RAID
Если рассмотреть конструкцию NAS-устройства, то можно обнаружить два способа вычисления информации избыточности. Основные компоненты сетевого хранилища — это процессор, оперативная память, флэш-память, в которой хранится операционная система, и контроллер накопителей. В качестве операционной системы обычно выступают версии свободно распространяемой Linux; она используется для контроля и управления жёсткими дисками.
 |
Основная плата сетевого хранилища QNap TS-409 Pro. Нажмите на картинку для увеличения.
Частью этой управленческой работы является вычисление информации избыточности. Контроль, управление и вычисление создают существенную вычислительную нагрузку, которая негативно сказывается на производительности во время записи данных по сети.
Чтобы освободить процессор от этой работы, у многих NAS-хранилищ есть специальный аппаратный RAID-контроллер вместо обычного контроллера накопителей. Этот контроллер берёт на себя все задачи по управлению и контролю над накопителями, а также вычисляет информацию избыточности, освобождая ресурсы CPU для других задач. В зависимости от выбранного режима RAID, аппаратные RAID-системы работают быстрее, чем системы, использующие программный RAID.
Почему производительность так важна?
Если NAS-хранилище используется в сети, то оно должно быть доступно для широкого круга задач. Помимо работы в качестве файлового сервера, NAS-устройства могут выступать в роли UPnP медиа-серверов, серверов iTunes, серверов печати, FTP-серверов и web-серверов. Допустим, вас не очень волнует сетевая производительность NAS-хранилища ни в одной из этих областей, но когда дело дойдёт до резервирования с вашей локальной машины на сервер хранения, то вот тут могут возникнуть проблемы.
Если вам нужно зарезервировать большой очень объём данных, то этот процесс может занять несколько часов, в зависимости от скорости вашего NAS-хранилища. В случае с менее скоростными NAS-устройствами, это может означать, что времени, отведённого для процесса резервирования, будет недостаточно. Если такое происходит дома, то это, конечно, раздражает и доставляет неудобства. А что если дело касается бизнеса? Что если сотрудники не могут работать из-за того, что процесс резервирования протекает очень медленно? Фирма просто теряет деньги.
Реализация NAS
 |
NAS-хранилище с четырьмя отсеками для жёстких дисков. Нажмите на картинку для увеличения.
Как уже упоминалось, NAS-хранилища можно использовать не только для хранения данных в сети. Значение дополнительных функций, предоставляемых некоторыми сетевыми хранилищами, нельзя недооценивать. И здесь к NAS-устройствам должны предъявляться различные требования в соответствии с типом пользователей и назначением.
От NAS требуется максимум
Разницу в производительности NAS можно показать на следующем примере: если вы используете встроенную утилиту резервирования Windows Vista, то все данные записываются в резервный файл-контейнер, который может занимать несколько гигабайт, в зависимости от резервируемой системы. Если резервный файл создаётся по сети прямо на NAS-накопителе во время самого процесса резервирования, то использование последовательной передачи означает, что скорость передачи данных сильно отличается от того, что было бы при открытии и сохранении маленьких документов. В отличие от резервных файлов, офисные документы обычно имеют размер всего несколько килобайт, что накладывает другие требования на NAS-хранилище в отношении чтения и записи файлов.
 |
Функция резервирования, встроенная в Windows Vista Ultimate… Нажмите на картинку для увеличения.
 |
…может создавать очень большие файлы. Нажмите на картинку для увеличения.
Дифференцированный подход
Если вы начнёте выполнять на NAS-накопителе несколько задач одновременно, в том числе считывать и записывать мультимедийные файлы (в частности видеофайлы), то вы увидите, почему сетевое хранилище должно быть по-настоящему производительным. Чтобы получить ясное представление о производительности NAS-накопителя, недостаточно всего лишь записать и считать файл размеров в несколько гигабайт, зафиксировать, сколько времени займёт этот процесс, и использовать эту информацию для определения скорости передачи данных.
 |
Типичный представитель NAS-хранилища для домашней сети: Maxtor Shared Storage II. Нажмите на картинку для увеличения.
Этот метод может подойти для составления какого-то начального критерия, однако требования, предъявляемые к NAS-устройству, настолько разнообразны, что их нельзя отразить с помощью одного метода. Другие методики тестирования, такие как использование программ типа Iometer, часто являются слишком синтетическими и не соответствуют реальному положению дел.
Представляем новый тестовый пакет
Раньше для оценки производительности NAS-хранилищ мы использовали тесты собственной разработки; они заключались главным образом в копировании маленьких файлов и файлов размером до одного гигабайта. Но мы изменили тактику и сейчас для оценки производительности используем тестовый пакет Intel NAS Performance Toolkit. Этот шаг позволяет учитывать меняющиеся мультимедийные возможности сетевых хранилищ, так что мы можем предоставлять вам дифференцированные и более показательные результаты тестов.
Intel NAS Performance Toolkit
Intel NAS Performance Toolkit можно бесплатно скачать с сайта производителя. Этот 60-Мбайт программный пакет (ZIP), помимо самой программы, содержит требуемый Microsoft .NET Framework 2.0. Для Intel NAS Performance Toolkit необходим компьютер с процессором Intel. Пользователи, которые хотят запускать данную программу на компьютере с процессором AMD, будут разочарованы, так что Intel NAS Performance Toolkit теряет очки прямо с самого начала, поскольку такое ограничение не кажется нам необходимым. Надеемся, что Intel всё исправит.
Установка
Установка довольно простая. Чтобы программа сохранила свою полную функциональность, вам нужно будет вызвать каталог с установленной программой в Windows Explorer после завершения инсталляции. В этой директории содержится файл OfficeProductivity.zip, который должен быть распакован в подкаталог app_traces для завершения процесса установки.
После завершения установки на рабочем столе появятся ярлыки для NASPT Exerciser и NASPT Analyzer. NASPT Exerciser выполняет отдельные тесты. NASPT Analyzer можно использовать для того, чтобы подробно изучить результаты тестов.
Подготовка к запуску тестов
Настройка программы ограничивается указанием путей.
При условии, что у сети уже есть NAS-накопитель, провести тестирование с помощью Intel NAS Performance Toolkit на удивление легко. В Windows отобразите NAS-накопитель как сетевой диск (например, как диск Y:) и запустите программу NASPT Exerciser. Далее откройте пункт меню «Configure/Конфигурация». В поле «Target Directory» укажите путь к сетевому диску, который вы только что подключили (в данном случае диск «Y:»), а также дополнительную директорию, в которую будут записываться файлы, необходимые для тестов. Путь и директория, в которую должны будут сохраняться результаты тестов, введите в поле «Output Directory» и подтвердите свой выбор кнопкой «Save». Несуществующие директории будут созданы программой.
Копирование тестовых файлов
Подготовка завершена.
Заполнив поля «Manufacturer/Производитель», «Model/Модель», «Number of Drivers/Число жёстких дисков» и «RAID», выберите нужные вам тесты, поставив галочки. Затем увеличьте значение «Multiple I/O» до восьми и нажмите «Prepare». Значение «Multiple I/O» означает, что NASPT Exerciser выполнит несколько транзакций одновременно.
После нажатия на «Prepare» все файлы, необходимые для выбранных тестов, запишутся на NAS-накопитель по указанному пути. В зависимости от скорости сети и NAS-накопителя, этот процесс может занять до двух часов. Сам процесс тестирования займёт, как минимум, столько же времени. Когда процесс копирования успешно завершится, NASPT Exerciser уведомит вас об этом и представит краткий отчёт.
Запуск тестов и генерирование результатов
 |
После завершения копирования тестов и ввода всей необходимой информации о сетевом хранилище можно запускать процесс тестирования. Нажмите на картинку для увеличения.
Тестирование запускается нажатием либо на «Run», либо на «Batch Run». Если вы выберите «Run», то каждое из отобранных вами тестовых приложений выполнится один раз, и вам будут представлены результаты. Если вы выберите «Batch Run», то результатом каждого отдельного теста будет средний результат трёх запусков, которые выполняются автоматически. Мы всегда пользуемся последней опцией.
После завершения тестирования можно посмотреть результаты в подкаталоге заранее заданной директории «Output Directory». Если запущен «Batch Run», то результаты скоростей передачи данных в отдельных тестах можно найти в файле «BATCH_RUN_RESULTS.txt». Другую информацию, касающуюся разных тестов, можно найти в соответствующем XML-файле через программу NASPT Analyzer или в файле NASPerf-APP.csv.
Пример графического представления результатов тестов.
Одна программа, 18 тестов
Многие тесты, входящие в пакет Intel NAS Performance Toolkit, ориентированы на мультимедийные возможности. Поэтому они отражают основное назначение NAS-накопителя не столько в бизнес-сегменте, сколько в домашней сети. Кроме этих мультимедийных тестов, есть ещё и традиционные, такие как резервирование и восстановление, работа со многими файлами и копирование целых папок. В Intel NAS Performance Toolkit входят следующие тесты.
- HD Video Playback, 2x HD Video Playback, 3x HD Video Playback, 4x HD Video Playback
Данные тесты проверяют поведение NAS-накопителя во время (одновременного) воспроизведения одного или нескольких HD-видеофайлов с разрешением 720p, используя Windows Media Player. В этих тестах Intel определяет долю последовательного чтения на уровне 99,5% для HD Video Playback Test. Для 2x HD Video Playback это значение составляет 18,1%, для 3x HD Video Playback — 6,6%, а для 4x HD Video Playback — 9,6 %. - HD Video Record
Здесь на NAS-накопитель записывается файл HD Video в формате 720p. Данный тест состоит, в основном, из последовательно передаваемых данных. - HD Video Playback & Recording
HD Video Play & Record исследует поведение NAS-накопителя при одновременном считывании и записи файла HD Video в формате 720p. Последовательно передаваемые данные составляют приблизительно 18% теста. - HD 2x Playback 2x Record
Данный тест аналогичен предыдущему, только доля операций с последовательными данными составляет 3%. - HD Playback With Office
В данном тесте измеряется скорость передачи данных при считывании файла HD Video с NAS-накопителя и при одновременной работе с офисными приложениями. Тест включает в себя 608 файлов. Доля операций с последовательными данными составляет 53,2%. - HD Playback With Backup
Данный тест похож на предыдущий, но на этот раз воспроизведение файла HD Video происходит одновременно с резервированием на NAS-накопитель. - Content Creation
Этот тест на 95% состоит из операций записи на NAS-накопитель. Он симулирует создание файлов на NAS-накопителе так, как это происходит, например, при использовании программ редактирования видео. - Backup / Restore
Эти тесты определяют производительность, используя 4-Гбайт файл для резервирования и 4-Гбайт файл для восстановления. Доля операций с последовательными данными для обоих тестов составляет более 99%. При резервировании информация записывается блоками по 8 кбайт. - File Copy To NAS / File Copy From NAS
В данных тестах измеряется скорость передачи данных во время копирования файлов на и с NAS-накопителя. В обоих случаях копируется 4-Гбайт файл. В отличие от теста «Backup / Restore», считывается и записывается блоками по 64 кбайт. - Directory Copy From NAS / Directory Copy To NAS
Как и в предыдущем тесте, происходит копирование файлов на и с NAS-накопителя. По сети передаётся в общей сложности 126 файлов общим объёмом примерно в 188 Мбайт. - Photo Album
Данный тест определяет, как NAS-накопитель работает с множеством маленьких файлов, например, при просмотре цифровых фотографий, хранящихся на NAS-накопителе. Он симулирует просмотр, в общей сложности, 169 фотографий общим объёмом около 1,2 Гбайт.
Заключение: лёгкость работы, воспроизводимые результаты
Intel NAS Performance Toolkit с множеством мультимедийных тестов соответствует современным требованиям к оценке производительности сетевых хранилищ. В то же время не остаётся без внимания и производительность в традиционных задачах, таких как копирование больших файлов.
Результаты тестов воспроизводимы (это, конечно, важный атрибут в любой оценке производительности). В результате выполнения 18 разных тестов складывается развёрнутая картина производительности тестируемого NAS-накопителя. Это позволяет сравнивать многочисленные сетевые хранилища.
Другие переменные во время тестирования можно свести к минимуму; мы всегда тестируем NAS-накопители на одной и той же платформе. Подробности о конкретных сетевых накопителях можно найти в наших соответствующих статьях. Чтобы результаты в разных конфигурациях получились универсальными, мы старались там, где возможно, использовать жёсткие диски Samsung HD321KJ. Если NAS-хранилище поставлялось с предварительно установленными жёсткими дисками, то мы, конечно же, использовали их.
Остальные требования к тестовой конфигурации невелики, хотя пользователям систем AMD придётся обойтись без Intel NAS Performance Toolkit. Кстати, при всестороннем тестировании нужно помнить о необходимости достаточного количества дискового пространства для файлов журнала. Они могут занимать несколько гигабайт.
