Обзор Synology SA3400: новый NAS корпоративного уровня. Часть I – THG.RU

Обзор Synology SA3400 | Введение

Вторую часть обзора можно читать здесь.

Большая скидка на процессор AMD Ryzen 7 3800X

Новая модель корпоративного NAS Synology SA3400 является усовершенствованной версией RS18017xs+. Отдельные компоненты и возможности (например, 8-ядерный процессор, встроенная 10-гигабитная сеть) ранее встречались в других моделях в различных сочетаниях, но в SA3400 при этом добавлена поддержка дисков с интерфейсом SAS. Возможности по наращиванию количества дисков и объёма оперативной памяти также были увеличены.

Обзор Synology SA3400 | Характеристики

Работает SA3400, как и другие NAS Synology, под управлением унифицированной операционной системы под названием DSM (DiskStation Manager). Сильной стороной данной ОС, основанной на Linux, является хорошо продуманный и удобный web-интерфейс, использующий хорошо знакомую всем парадигму рабочего стола и окон. Первоначальная настройка дисковой подсистемы и базовых сервисов может быть выполнена даже начинающим специалистом за несколько минут.

Многочисленный дополнительный функционал DSM обеспечивается постоянно растущей базой дополнительных пакетов. Современный NAS Synology правильнее было бы назвать универсальным сервером, позволяющим быстро развернуть множество компонентов — от файловых сервисов, до отказоустойчивого почтового сервера и гипервизора.

Обзор Synology SA3400 | Оборудование

Корпус

В Synology SA3400 используется достаточно качественный корпус, предназначенный для монтажа в стойку. На передней панели расположены 12 дисковых отсеков, кнопка включения питания и отключения звукового сигнала. Не забудьте приобрести рельсы, они поставляются отдельно.

Лотки для дисков — цельнометаллические, с прочной пластиковой передней панелью, которая снабжена дополнительной защёлкой, блокирующей рычаг извлечения диска.

Диски 2,5″ просто прикручиваются к нижней части салазок, никаких дополнительных переходников не требуется.

Сзади расположены два блока питания производства Delta Electronics с фиксаторами кабелей, разъёмы встроенных сетевых интерфейсов (4 гигабитных и два 10-гигабитных), пара USB и RS-232 для подключения последовательной консоли. Из трёх слотов расширения один занят контроллером SAS. Рядом с этим слотом, в правом нижнем углу, находится кнопка Reset.

Четыре вентилятора охлаждения с поддержкой горячей замены расположены за дисками. Доступ к ним обеспечен сверху, через небольшую откидывающуюся крышку, так что полностью выдвигать NAS из стойки и открывать основную крышку не придётся.

Процессор

Процессор в SA3400 применён достаточно производительный — Intel Xeon D-1541. Аналогичные процессоры применяются во многих системах хранения данных корпоративного класса. Он имеет 8 ядер с базовой тактовой частотой 2,1 ГГц (в Turbo Boost — до 2,7 ГГц), выполнен по технологии 14 нм, относится к достаточно современному семейству Broadwell, а главное — поддерживает память с коррекцией ошибок, что критически важно для любого серверного продукта.

При этом Xeon D-1541 относится к встраиваемым серверным процессорам. Конечно, его более чем достаточно для задач, связанных с обслуживанием RAID-массива, предоставлением блочного и файлового доступа, но при планировании дополнительной нагрузки в виде виртуальных машин и почтового сервера стоит учитывать ресурсы процессора. Теплопакет Xeon D-1541 составляет 45 Вт, и чтобы вписаться в это значение, инженерам Intel пришлось пойти на некоторые ограничения в сравнении с «более горячими» процессорами Broadwell-EP: меньше кэш, меньше частота в Turbo Boost, два канала памяти вместо четырёх и меньший поддерживаемый объём — до 128 ГБ.

Память

В базовой комплектации установлен один модуль объёмом 16 ГБ регистровой DDR4. Максимальный объём составляет 128 ГБ в четырёх слотах, модулями по 32 ГБ. Synology рекомендует, во-первых, использовать только собственные модули памяти объёмом 16 и 32 ГБ, во-вторых — модули идентичного объёма. Типовой набор служб займет из всего этого едва ли пару гигабайт: файловый и блочный доступ, регулярный бэкап, SSD-кэш в пределах нескольких сотен гигабайт (использование SSD-кэша требует оперативной памяти, подробнее о работе SSD-кэша будет рассказано ниже), даже небольшой почтовый сервер.

Большие объёмы памяти вам пригодятся при использовании встроенного гипервизора (Virtual Machine Manager подробно рассматривается в разделе, посвящённом пакету Active Backup for Business). Даже при использовании в качестве вспомогательного средства для тестирования новых проектов или проверки резервных копий ВМ с vSphere/ESXi базовых 16 гигабайт может не хватить. При оценке требуемого количества оперативной памяти стоит учитывать не только потребности виртуальных машин и дополнительных сервисов Synology DSM, но и расходование памяти на кэширование чтения — отдельного контроллера с собственной памятью у NAS Synology нет, так что желательно обеспечить запас в несколько гигабайт.

Диски. Контроллер SAS

Плата SAS HBA, который используется в Synology SA3400, является 16-портовой. На ней расположены три внутренних разъёма SFF-8643 для подключения внутренних дисков и один внешний разъём SFF-8644 для полок расширения.

Подключившись к NAS через SSH удалось опознать чип, на котором основан SAS HBA — это LSISAS3216 производства компании Broadcom, известной своими контроллерами. Этот чип способен обеспечить более одного миллиона IOPS и более 6 гигабайт пропускной способности — для большинства конфигураций этот лимит превышает возможности дисковой подсистемы и самого NAS.

Стоит отметить, что поддержка дисков с интерфейсом SAS не столь распространена в линейке корпоративных NAS Synology. Помимо SA3400 и двух моделей серии FS, FS2017 и FS6400, оптимизированных для использования с твердотельными накопителями, SAS есть только в Synology RackStation RC18015xs+, одноюнитовой модели с менее производительной комплектацией. Несмотря на постепенное вытеснение твердотельными накопителями быстрых дисков со скоростью вращения шпинделя 10/15 тысяч оборотов в минуту поддержка SAS всё ещё остаётся крайне желательной для серверных продуктов по нескольким причинам:

• Собственно те самые диски 10/15 тыс. об/мин будут актуальными ещё на протяжении нескольких лет. Их производительность для многих применений остаётся вполне достаточной, при этом они обеспечивают дополнительную защиту целостности данных — за счёт на порядок меньшего в сравнении с дисками 7200 об/мин уровня bit error rate и более совершенных алгоритмов коррекции ошибок протокола SAS в сравнении с SATA.
• Производительные твердотельные накопители. Предел для SSD с интерфейсом SATA: около 100 тыс. IOPS и 550 МиБ/с при последовательном доступе. Разрыв по цене между SATA и существенно более производительными SAS SSD сейчас существенно сократился.
• Тут можно было бы написать про повышение надёжности при подключении дополнительных дисковых полок при их каскадировании через две петли, но, к сожалению, в Synology SA3400 дополнительные дисковые полки каскадируются только через один внешний разъём.

Для размещения дисков используются металлические салазки с пластиковым фиксатором, обеспечивающие горячую замену и возможность установки как дисков 3,5″, так и 2,5″.

Обзор Synology SA3400 | RAID F1

К стандартным уровням RAID разработчики Synology добавили RAID F1. Вкратце — это разновидность RAID-5 для твердотельных дисков. Особенности реализации описаны в отдельном документе.

Твердотельные диски имеют ограниченный ресурс на запись. Традиционные отказоустойчивые массивы защищают целостность данных при отдельных сбоях и обеспечивают доступность при полном выходе из строя одного или нескольких дисков. С учётом того, что надёжность SSD понижается по мере выработки ресурса, существует риск близкого по времени выхода из строя сразу нескольких SSD в массиве. Решить эту проблему можно было бы, увеличив нагрузку на один или несколько накопителей. В обычном RAID-5 запись страйпов с данными чередуется с записью страйпов с контрольными суммами. При записи на массив небольшими блоками (меньше размера полного страйпа), происходит перерасчёт и перезапись контрольной суммы вне зависимости от того, на какие из страйпов с данными приходится записываемый блок. Таким образом, на страйпах с контрольными суммами сосредоточена наибольшая нагрузка на запись.

В RAID-F1 чередование страйпов с данными и контрольными суммами изменено таким образом, что на один из накопителей приходится больше страйпов с контрольными суммами. В дальнейшем, при соответствующей нагрузке (запись небольшими блоками), данный накопитель испытывает большую нагрузку на запись в сравнении с «соседями». Исчерпание ресурса, о котором система может узнать из соответствующих атрибутов SMART или лог-страниц в случае SAS SSD, произойдёт раньше — пользователь сможет заменить этот накопитель, после чего в качестве для повышенной нагрузки на запись будет выбран другой накопитель из ранее находившихся в массиве.

Производительность и полезный объём (N-1) массива RAID-F1 ничем не отличается от RAID-5. Это следует учитывать при выборе конфигурации для тяжёлой нагрузки на запись. Необходимость перезаписи контрольных сумм приводит к дополнительному снижению производительности (производительность RAID-5 при записи небольшими блоками в два раза ниже, чем RAID-10) и сопутствующему расходованию ресурса твердотельных накопителей. Так что при выборе между RAID-F1 и RAID-10 следует учитывать: планируемую нагрузку на запись, характер её распределения, требуемый объём высокопроизводительных томов на SSD и их ресурс.

LVM

Подсистема управления логическими томами (LVM, logical volume management) тоже используется в DSM. При создании массивов (пулов) встроенный мастер предлагает на выбор два вида: «улучшенная производительность» и «дополнительная гибкость»:

В первом случае файловая система будет создана непосредственно на дисковом массиве. Во варианте «дополнительная гибкость» поверх массива добавляется слой LVM со всем сопутствующим функционалом:

• SSD-кэширование активируется на уровне томов. То есть можно создать несколько томов LVM, с включённым или отключённым SSD-кэшом.
• Тома можно расширять при наличии свободного дискового пространства.
• Тома можно использовать для преодоления ограничения на длину RAID-группы (пула) в 24 диска. Стоит напомнить, что для дисков большого объёма в любом случае не следует создавать длинных RAID-групп, используя вместо одного RAID-6 составной массив из групп по 8–12 дисков. Такой подход сокращаяет до приемлемых значений время ребилда.

Сам по себе LVM снижает производительность незначительно, на единицы процентов. Накладные расходы становятся заметны только при многократном использовании функции расширения и удаления томов (за счет фрагментации блоков), а главное — при создании снапшотов (мгновенных снимков). Но в современных версиях DSM используются более эффективные снапшоты BTRFS.

Flashcache

Разработчики Synology и тут не стали изобретать велосипед. SSD-кэш реализован при помощи хорошо себя зарекомендовавшего flashcache — достаточно заглянуть в список используемых модулей ядра или найти соответствующие консольные утилиты. Данный компонент был создан разработчиками Facebook в 2010 году и с тех пор активно развивался.

На сегодняшний день flashcache обладает всем необходимым функционалом:

• Кэширование в режимах write-back (кэширование чтения и записи) и write-through (кэширование чтения, запись попадает в кэш, но подтверждается только после окончания записи на основной том). На самом деле существуют и другие режимы — write-around (запись ведётся в обход кэша) и write-only (кэшируется только запись) — но в DSM используются только первые два режима.
• Расширенная статистика: уровень попаданий в кэш, количество операций чтения и записи в кэш и на кэшируемый том, глубина очереди для некэшированных данных и так далее.
• Пропуск последовательного доступа. Чрезвычайно полезная функция для большинства применений, где требуется ускорение случайного доступа небольшими блоками. Последовательный доступ с пары SATA SSD будет просто медленнее, чем с четырёх-шести жёстких дисков. Второй, не всегда, очевидный момент связан с резервным копированием: начавшаяся операция резервного копирования может вытеснить из кэша необходимые данные и существенно снизить производительность.
• Для тех случаев, когда возможностей включения/отключения кэша на уровне томов недостаточно, существует возможность контролировать кэширование на уровне отдельных приложений. Идентификаторы процессов можно добавлять в белые/черные списки через ioctl (см. документацию flashcache).

Кэширование записи по очевидным причинам требует обеспечения отказоустойчивости кэша. Для решения этой задачи используется mdadm. Synology DSM не даст вам по недосмотру разместить кэш записи на одиночном накопителе или выбрать RAID-0 — для выбора будут доступны только отказоустойчивые массивы RAID-1, 5 и 6.

Подробную статистику работы кэша можно наблюдать через web-интерфейс DSM, что является большим плюсом — многие СХД начального уровня с функционалом SSD-кэширования не показывают никакой статистики вообще. Тут можно проанализировать заполнение кэша за длительный период времени, и по результатам принять решение о необходимости увеличения размера кэша или его уменьшения, если вы хотите таким образом увеличить размер свободной области SSD. Если вам недостаточно статистики в DSM, то можно воспользоваться консольным доступом, заглянув в dmsetup status или в /proc/flashcache/

Flashcache размещает в оперативной памяти таблицы соответствия и другие промежуточные данные. Для 1 ГБ SSD-кэша требуется совсем немного оперативной памяти — 416 килобайт, но объёмы современных твердотельных накопителей благодаря переходу на технологию TLC памяти с многослойной компоновкой существенно выросли за последние пару лет. SA3400 с объёмом SSD-кэша в несколько терабайт сейчас не потребует существенных расходов на фоне стоимости самого NAS и жёстких дисков, так что при планировании стоит предусмотреть увеличение объёма оперативной памяти.

iSCSI таргет

Большая скидка на процессор AMD Ryzen 7 3800X

Здесь тоже используется стандартный компонент LIO Target, который давно включён в состав ядра, что даёт нам поддержку VAAI и SCSI PR. К штатному функционалу разработчики Synology добавили поддержку Microsoft ODX. В качестве бэкенда для iSCSI LUN’ов используются файлы на томах BTRFS, вместе с функционалом этой файловой системы (снапшоты, репликация, клонирование) и возможностью использования файлового RAM-кэша. В целом поддержка iSCSI реализована в Synology DSM очень качественно:

• Уже упомянутые VMware VAAI и Microsoft ODX, без поддержки которых сейчас невозможно представить СХД для виртуализации.
• Авторизация через CHAP, в том числе двухсторонняя.
• Поддержка MPIO (многопутевого ввода-вывода).
• Маскирование LUN на основе iqn инициаторов.
• Возможность создания LUN с тонким выделением ресурсов (thin provisioning).

Вторую часть обзора можно читать здесь.