Discos Rígidos en los servidores de archivos

Discos Rígidos en los servidores de archivos 

Los discos duros tal y como los conocemos hacen uso de potentes imanes y un sistema de agujas para cambiar el magnetización de los sectores de datos. Sin embargo hemos visto como el rendimiento de los mismos parecía tener un tope notable frente a los cada día más populares SSDs.
Investigadores suizos científicos acaban de demostrar cómo los discos duros podrían mejorar utilizando láseres para cambiar el estado magnético de los discos, el problema del tope de rendimiento actual radica en la “lentitud” de los imanes, algo que no mejoraría aumentando RPMs o añadiendo mucha más caché, lo que maquillaría en parte el resultado.

Láser, nueva esperanza para los discos duros

Se acaba de demostrar cómo se podría utilizar láseres para controlar la magnetización a una tasa de velocidad extremadamente alta en comparación a cómo se gestiona a día de hoy. Este es uno de los factores limitantes del rendimiento de los discos duros actuales y podría marcar un antes y un después en la línea de investigación y desarrollo de los discos duros magnéticos.

El futuro de los HDs

Todos estamos viendo cómo llegaron los SSDs al mercado, pisando fuerte, con su gran rendimiento y su creciente capacidad para llegar a modelos de hasta 1 TB en el mercado con precios cada vez más bajos.

Los discos duros han pasado a ser utilizados como medios de almacenamiento y muchos equipos utilizan sistemas híbridos de almacenamiento con un SSD para sistema y aplicaciones y un disco duro para datos, pero, ¿qué les depara el futuro?.

Lo que está por venir es esperar esa optimización así como también ver lo confiable que puede llegar a ser para ver si podría ser implementado en un disco duro como tal, pero podría ser una de las opciones que tienen los discos duros para solucionar uno de los puntos que se han mejorado con los SSDs, el rendimiento.
Con la tecnología láser se podría cambiar un bit de información en tiempos de picosegundos, frente a los nanosegundos que se tarda hoy con la tecnología ferromagnética, hablamos de una mejora de rendimiento de tres órdenes de magnitud, lo que pondría (teniendo en cuenta los otros factores limitantes), como mínimo, a la altura de los SSDs a estos futuribles HDs láser.
Otra de las mejoras que traería consigo esta tecnología sería el aumento de densidad de datos de cada plato del disco duro, se barajan cifras de 6,6 TB por pulgada cuadrada lo que vendría a ser 15 TB por plato. Si nos remitimos a ciertos modelos de disco duro que tienen entre 3 y 4 platos, hablamos de capacidades de 45 TB.

Habrá que ver cómo evoluciona esta tecnología y si finalmente tendremos con ella un elemento para evitar que los SSDs acaben con los discos duros tradicionales.

En el contexto actual se debe tener en cuenta principalmente lo económico para poder desarrollar un servidor con SSD, ya que en la actualidad no son de gran almacenamiento y por ende no serviría del todo a lo que consiste un servidor de archivos.

Características principales de discos duros

Existen 2 factores principales a tener en cuanta a la hora de adquirir un disco duro (HDD) nuevo, estos son: 

 ¿Cuál es el mejor patrón?

El primer detalle que debes observar a la hora de cambiar un disco (o instalar uno extra) es el patrón de este. Como debes saber, el actual patrón es SATA 3, que ofrece velocidades mayores de escritura y lectura, Sin embargo, es posible que tu computadora no sea compatible con dispositivos de este tipo.
Entonces, antes de ver los modelos, debes verificar en el manual de la placa madre (o en el sitio del fabricante) qué tipo de HD puede ser instalado. También es bueno verificar esta información previamente, para no comprar un producto desfasado. Finalmente, si tu computadora soporta discos SATA 3, no hay por qué seguir en el patrón SATA 2, excepto en raras excepciones.

Mi prioridad es espacio

Como el propio nombre sugiere, el disco de almacenamiento sirve para guardar datos. Por esto, cuanto más espacio tenga el HD, más archivos pueden ser almacenados, Y la realidad de las ventas de discos es una sólo: los discos de gran capacidad venden más que los de alto desempeño, El motivo es que la gran mayoría de los usuarios quiere sólo guardar fotos, vídeos y otros documentos.

Pero ademas de esto si en nuestro caso quisiéramos el disco duro para otro tipo de uso podemos entrar en detalle con: 

Necesito velocidad para acceder a los datos

Usuarios con este perfil son más exigentes y buscan un producto para juegos y aplicaciones que acceden al HD constantemente. Claro, por estar hablando de jugadores recientes y programas para actividades relacionadas a videos e imágenes, el espacio para almacenamiento no deja de ser crucial. De esta manera, es importante atentar para diversos detalles cuando estés comprando un disco duro más robusto. Fíjate algunas características importantes:

1 TB o más;7.200 RPM;Mínimo de 32 MB de memoria búfer (tal vez 64 MB sean interesantes);Tiempo medio de acceso aproximado de 8,5 ms;Tiempo medio de lectura aproximado de 8,5 ms;Tiempo medio de escritura aproximado de 9,5 ms;Latencia próxima a 4 ms;

Y como ultima opción tendríamos de los últimos discos duros que son los SSD o disco duros en estado solido:

Cuando el tema es almacenamiento, las personas generalmente piensan en la nueva tecnología de los SSDs. A pesar de diversas pruebas comprueban la superioridad en varios aspectos, estos dispositivos no siempre son los más recomendados. Que son el futuro nadie duda, pero, invertir ahora puede ser un poco arriesgado.

El primer requisito que aleja a los consumidores de estos productos es el precio, o sea, a menos que tengas mucho dinero sobrando, los SSDs no son opciones viables. Otro factor que impide que muchas personas compren es la limitación de almacenamiento.
Así como también se puede recalcar la durabilidad que promocionan los fabricantes y la rapidez que tiene el mismo disco.

Hot - Swap

Definición: 

El término hot-swap hace referencia a la capacidad de algunos componentes hardware para sufrir su instalación o sustitución sin necesidad de detener o alterar la operación normal de la computadora donde se alojan.

Esta denominación se otorga generalmente a componentes esenciales para el funcionamiento de la computadora. El mismo concepto tiene otras denominaciones cuando se aplica a componentes no esenciales. Hot-swap puede traducirse como sustitución en caliente. Aparte del ámbito informático, en el mundo industrial se usa este término para describir la inmunidad eléctrica y de operación de los dispositivos, por ejemplo electrónica de adquisición de datos o de control que permite su sustitución en tiempo mínimo al no necesitar apagar previamente todo el sistema.

Ventajas:

La gran ventaja que tenemos al utilizar el Hot-swap es que podemos reemplazar una parte física de cierta instalación sin que esta deje de funcionar. Por ejemplo en los siguientes casos: 

• Fuentes de alimentación:Es habitual que una computadora cuente con dos o más fuentes de alimentación. Cuando una de ellas se estropea, es posible sustituirla sin detener el servicio.
• Discos duros: En ámbitos corporativos debido a la cantidad de discos duros presentes, los mismos suelen sufrir averías con cierta frecuencia. Normalmente, estos discos se sitúan en una configuración redundante (RAID). De esta manera, es posible extraer el disco averiado y sustituirlo por otro nuevo sin sufrir pérdida de datos y no es necesario dejar fuera de línea el servidor.
• Ventilador: Es habitual que una computadora o servidor cuente con más de un ventilador para evacuar el calor residual producido por sus componentes. Al ser ésta una tarea imprescindible para el correcto funcionamiento del equipo, los ventiladores suelen ser componentes hot-swap. Al desconectar unos de los ventiladores, el resto trabaja con más intensidad hasta que se completa la reparación o sustitución del ventilador afectado.

Precios:

El rango de precios es muy variado, podemos tener desde un solo disco duro en aproximadamente $300 (pesos argentinos) a un servidor completo que va desde los $9000 hasta los $20000 (pesos argentinos)

R.A.I.D Componentes

Para comenzar primero necesitamos un servidor que podría ser el siguiente:

Server Hp Proliant Ml110 G9 

R.A.I.D Nivel 0
por lo menos dos discos son necesarios.

R.A.I.D Nivel 1
por lo menos dos discos son necesarios.

R.A.I.D Nivel 2
por lo menos dos discos son necesarios.

R.A.I.D Nivel 3
por lo menos tres discos son necesarios. 

R.A.I.D Nivel 4
por lo menos tres discos son necesarios. 

R.A.I.D Nivel 5
por lo menos tres discos son necesarios.

R.A.I.D Nivel 6 
por lo menos tres discos son necesarios

R.A.I.D Nivel 10
por lo menos cuatro discos son necesarios

R.A.I.D Nivel 50
por lo menos seis discos son necesarios

R.A.I.D Nivel 0+1
por lo menos cuatro discos

Armado de un "File Server", elección de RAID

Las capacidades de almacenamiento de los discos duros ha ido creciendo de igual manera, pero hay muy poco espacio para ellos en computadoras pequeñas o computadoras personales usadas como teatro en casa. Un servidor de archivos ofrece una manera conveniente de proveer grandes cantidades de espacio en disco, que puedes guardar en cualquier parte.

Decidir sobre el nivel RAID. 

RAID 1 refleja el contenido en todos los discos, ofreciendo la mayor confiabilidad con capacidad de un disco sencillo. Para los menos paranoicos, RAID 6 tolera hasta dos fallas de disco sin perdida de datos. RAID 5 ofrece la mayor capacidad (Sólo un disco menos que el número total de discos). RAID 10 provee el mejor desempeño, ofreciendo la mitad de la capacidad. Finalmente, RAID 0 es el más rápido pero pierde datos en todos los discos después de un error en cualquiera de ellos, así que generalmente no es una buena opción si no cuentas con otra fuente de respaldo. No todos los niveles son posibles con cualquier número de discos duros – usualmente entre más discos, más son las opciones que tenes. 

Para la creación de un File Server nosotros recomendamos usar RAID 5 o en lo posible RAID 6 debido a la tolerancia a una segunda falla:

RAID 5:

La RAID 5 está diseñada para ofrecer el nivel de rendimiento de una RAID 0 con una redundancia más económica y es el nivel RAID más habitual en la mayoría de empresas. Lo consigue distribuyendo bloques de datos entre distintas unidades y repartiendo la paridad entre ellas. No se dedica ningún disco a la paridad de forma exclusiva. Las ventajas de utilizar una RAID 5 consisten en poder realizar operaciones de lectura y escritura de forma solapada (es decir, en poder hacer un uso más eficiente de las unidades de disco), lo que acelera los pequeños procesos de escritura en un sistema multiprocesador y facilita una cantidad de almacenamiento usable. La protección de los datos reside en la información de la paridad que se utiliza para reconstruir los datos si una unidad del grupo RAID falla o sufre una avería. Entre los inconvenientes, se encuentran: la necesidad de un mínimo de tres (y, normalmente, cinco) discos por grupo RAID, un nivel de rendimiento del sistema de almacenamiento significativamente inferior mientras se lleva a cabo la reconstrucción de una unidad, y la posibilidad de perder totalmente los datos de un grupo RAID si falla una segunda unidad mientras se está realizando la reconstrucción de la primera.

RAID 6:

La RAID 6 es similar a la RAID 5 e incluye un segundo sistema de paridad distribuido entre las unidades del grupo RAID. La ventaja de utilizar una RAID 6 es que la segunda paridad sirve de protección ante una posible péDRida de los datos en caso de que falle o se averíe una segunda unidad dentro del grupo RAID.

Interfaces de discos rígidos.

Interfaces de conexión de discos rígidos.

Los discos duros utilizan diferentes interfaces para poder interactuar con la placa base y entre estos podemos mencionar los SATA, IDE, SAS o SCSI. A continuación ampliaremos un poco cada una de ellas:

IDE:

El IDE es diseñado por Western Digital en el año 1986

Aunque los discos duros empezaron a ser un poco más capaces de almacenar datos hasta en 1992, cuando ya almacenaban 250 megas, su manera de conectarse no cambió durante mucho tiempo, siendo que hasta antes del año 2000, la única forma de conectar un disco duro, una unidad de lectura o escritura de CD o incluso DVD, eran las entradas IDE de la tarjeta madre. La Interfaz IDE (Integrated Drive Electronics) también es conocida por llamarse PATA o ATA (Advanced Technology Attachment)

En este caso básicamente vamos a citar las razones por las que estos discos duros salieron del mercado; resulta que su capacidad de transferencia de datos era de tan solo 133 Megabits por segundo, cosa que fue rápidamente acabada con el primer SATA que apareció (150Mb/s).

Los discos duros con la Interfaz IDE, ATA o PATA han sido sustituidos actualmente por los SATA. SATA es la “actualización” de los ATA. Para no entrar en explicaciones muy “técnicas”, lo que no nos interesa, la tecnología SATA mejora el rendimiento y reduce el tamaño de la conexión de los discos duros.

Los discos duros con el slot IDE se han popularizado frente a discos duros SCSI gracias a su menor coste aun teniendo menos rendimiento. Ha sido la tecnología “reina” en almacenamiento de datos durante casi dos décadas (años 1990-2010) en la informática de consumo.

SCSI:

SCSI Significa ("Small Computer System Interface") ó su traducción al español es "pequeña interfase del sistema de computo". Se trata de un conjunto de estándares que no son convencionales a todos los equipos de cómputo, sino que se encuentra básicamente orientado al ambiente empresarial. De este modo es que se puede encontrar en el mercado, hay hasta 12 puertos SCSI muy diferentes físicamente entre si.

Puede depender de una tarjeta controladora SCSI para trabajar y ser instalados, también puede necesitar cable para datos de 40, 50, 68 ú 80 conectores, dependiendo el modelo. Algunos modelos tienen la característica denominada "Hot Swappable", lo que significa poder conectarlo y desconectarlo sin necesidad de apagar la computadora.

Las llamadas tarjetas controladoras SCSI, de las cuáles depende algunas veces, no es más que una tarjeta de expansión tipo ISA ó PCI, que permite interconectar el disco duro con la tarjeta principal ("Motherboard"), ello porque al no ser tan popular, no viene soportado en las tarjetas principales comerciales. Estas tarjetas también puede tener conectores para disqueteras, puertos de comunicación, unidades de CD-ROM, etc. 

El disco duro SCSI será reemplazado por el estándar de disco duro SAS.

SAS

El disco duro SAS es un dispositivo electromecánico que se encarga de almacenar y leer grandes volúmenes de información a altas velocidades por medio de pequeños electroimanes  (también llamadas cabezas de lectura y escritura), sobre un disco recubierto de limadura magnética. Los discos vienen montados sobre un eje que gira a altas velocidades. El interior del dispositivo está totalmente libre de aire y  de polvo, para evitar choques entre partículas y por ende, pérdida de datos, el disco permanece girando todo el tiempo que se encuentra encendido. Será el sucesor del estándar de discos duros con interfaz paralela SCSI.

El disco duro SAS compite directamente contra los discos duros SATA II, y busca reemplazar el estándar de discos duros SCSI.

SAS proviene de las siglas de ("Serial Attached SCSI --Small Computer System Interface--"), SCSI adjunto serial. Es un estándar para dispositivos de alta velocidad que incluyen discos duros entre sus especificaciones, a diferencia del estándar SCSI que es paralelo.

ATA

Serial ATA, S-ATA o SATA (Serial Advanced Technology Attachment) es una interfaz de transferencia de datos entre la placa base y algunos dispositivos de almacenamiento, como la unidad de disco duro, lectora y grabadora de discos ópticos (unidad de disco óptico), unidad de estado sólido u otros dispositivos de altas prestaciones que están siendo todavía desarrollados. Serial ATA sustituye a la tradicional Parallel ATA o P-ATA.

El bus ATA es un bus de datos, es decir, se necesita otro conector para la alimentación, aunque en portátiles se le suele añadir 4 pines más al bus de datos para la alimentación, evitando un cable aparte para ahorrar espacio. Es un cable plano decomo máximo 46 cm. El bus de datos mas común consta de 40 pines de los cuales 16 son para datos, 11 parainstrucciones y control, 3 para direcciones, 7 ground y uno queda no conectado, el pin 20 normalmente se elimina paraque el conector sea asimétrico y no se pueda enchufar al revés, aunque a veces también se usa para alimentación.En la versión 5 del estándar se introducen los cables de 80 hilos, aunque el conector sigue teniendo 40 pines y suconfiguración no cambia. Los 40 nuevos hilos introducidos están conectados a ground (tierra) protegiendo la línea deinterferencias.

En cada bus ATA pueden ir conectadas dos unidades que se denominan 0 y 1, aunque es más popular la denominación demaestra (master) y esclava (slave). Sin embargo, estos términos no son recogidos por el estándar y pueden ser confusos, puesmuchas veces se entiende que esta terminología responde a la estructura de la interfaz en la que la unidad esclava dependería de la maestra, cuando en realidad no es así. Los comandos se envían a las dos unidades pero sólo la seleccionada a travésde uno de los bits del registro de direcciones lo ejecuta. Existen interfaces ATA en los que cuando sólo hay una unidad, ésta debe responder a todos los comandos, pero este comportamiento no es recogido hasta la versión 2 del estándar. Los datos se transfieren por el bus en paralelo (8 o 16 bits) hasta o desde el buffer de la unidad, siendo la propia unidad la que se encarga de llevar a cabo las operaciones necesarias para almacenar los datos en el buffer cuando se está realizando una lectura o leerlos del buffer para escribirlos en la unidad si es la operación que se desea hacer.

SATA

Fue entonces cuando apareció el interfaz Serial ATA. Este interfaz implementa el interfaz ATA líder del mercado doméstico sobreun bus serie, eliminando el problema del posible solapamiento de los bits de cada octeto que limitaba la velocidad máximapudiendo entonces alcanzarse velocidades tan altas como permitiese la tecnología existente, ya que los bits se envían de uno en unoy así por ejemplo SATA/150 trabaja a una frecuencia de 1500 MHz frente a los 50 MHz de ATA/100. SATA añade además otrasmejoras y características avanzadas como hotplugging, NCQ, hotswapping y overlapping, las cuales veremos másadelante.

Pensado originalmente para que se mantenga en todas la versiones la compatibilidad con versiones anteriores yposteriores aunque ya se han detectado incompatibilidades entre controladoras de primera generación y unidadesde segunda generación, por lo que algunas unidades SATA II cuentan con un jumper para forzar el modo SATAI.