Stigli su 3TB diskovi

S nekretninama, sve je u lokaciji. Kod skladištenja, sve je u kapacitetu. Nova berba diskova visoke moći skladištenja je dostupna, ali postoji par začkoljica u vezi nekih 3TB diskova, koje biste morali znati pre no što opustošite rafe u prodavnici. - LinuxMagazine, Džefri B. Lajton, sreda, 16.02.2011.

Čin prvi, scena prva

Vidim se u tamnoj, tihoj sobi, konstruisanoj od nemarno nabacanih stiropornih blokova, prefarbanih u nekakve otrcane borbene kamuflažne boje, kako sedim u jeftinoj, škripavoj, sivoj montažnoj stolici, među drugim ćelavim sredovečnim muškarcima. Paučina visi po ćoškovima sobe, a sobom se provlači ustajali smrad buđi i prašinčuge. Samouveren i naizgled uviđavan bradati gospodin, dobro, ali opet ne i predobro obučen, stupa u sredinu prostorije, na svetlo, i sve nas pozdravlja što umilnije može. Kao i drugima u sobi, i meni glasovi u glavi odmah kazuju: "ovaj nema pojma o životu, samo trošim svoje vreme". Tad nas on tiho zamoli da se predstavimo, mantrajući to na način na koji smo već navikli na prethodnim sastancima. Tiho tonem u stolicu, i molim se da neću biti primećen, kako bih mogao na miru presedeti čitav sastanak. No, sreća me napušta, cvileći kao disk koji je skiknuo u mom skladištu - dobri gospodin pogleda u mom pravcu, i zamoli me da počnem s upoznavanjima, kao osoba koja je najduže u ovoj grupi.

Moja kolena blago klecaju dok se ja borim da se uspravim u škripavoj stolici. Nadam se da je ono malo kose što mi je preostalo u relativno prihvatljivom i urednom stanju, iako znam da sam je potpuno zanemario u poslednjih 48 sati koje sam proveo radeći u mom piskutavom skladištu podataka u data-centru. Ustajem nekako i pogledom preletim preko sobe kako bih utvrdio ko je sve tamo, pre nego što oborim pogled u vrhove mojih prstiju. Pročistim grlo. I još jednom. Konačno, od suva vazduha u data-centru, njištavim i ispucalim glasom, ja progovorim:

"Zdravo svima. Ja sam Džef, i ja sam ovisnik o kapacitetu skladišta."

Budim se u znoju, shvatajući da je sve bio samo san. Ne moram da se pravdam, ni sebi, ni mojim drugarima u loše napisanom scenariju o sastanku administratora skladišta, gde priznajem da želim da moje skladište podataka bude veliko koliko je to samo moguće. Naprotiv - ispravim se, nasmejem, i shvatim da je sve u redu sa svetom, jer 3TB diskovi se lako nabavljaju. Sve je u redu, na kraju krajeva.

Bilo kako bilo, kao i sa svim drugim stvarima, postoje i mane kupovine najnovijih i najlepših 3TB diskova, i uprezanja istih u moj svetlucavi linuks desktop, i - posledično - momentalnog uvećavanja moje kolekcije K.C and the Sunshine band mp3 (ili ogg) spotova.

U ovom članku želim da pišem o novim diskovima kapaciteta 3TB, koje je Western Digital pustio u prodaju u poslednjih par meseci, te o stvarima o kojima morate voditi računa kada određujete da li će ovakav disk biti i vama upotrebljiv.

Stigli 3TB diskovi!

Ako ste pomno pratili industriju skladištenja, vama dolazak ovih diskova od 3TB ne predstavlja iznenađenje. S druge strane, ako ne pratite dešavanja u industriji skladišta, možda vas iznenađuje pojava 3TB diskova. Opet, možda očekujete da kapaciteti skladišta neprestano rastu, pa vam je prirodno da je došlo do ovih kapaciteta. Kako god, ovi diskovi od 3TB su trenutno diskovi najvećeg kapaciteta koji se mogu naći na tržištu (za sada).

Prva kompanija koja je objavila da isporučuje diskove od 3TB bila je Western Digital, 19.10.2010. Model Green 3TB kompanije Western Digital (Model: WD30EZRSDTL) je veoma lep 3.5" SATA disk. On koristi pet ploča od po 600MB kako bi dostigao 3TB, i ima SATA 2.0 (3 Gbps) interfejs (interface) s veoma velikim kešom (cache), 64MB. Kako bi održali potrošnju električne energije na nivou koji su zacrtali u Western Digitalu, ovi novi diskovi imaju brzine okretanja negde između 5,400 i 6,000 rpm. To, dakle, nisu diskovi kojma je cilj brzina, već kapacitet.

Dok pišem ovaj članak, proveravam cene ovakvog diska na www.newegg.com. Cena za ovakav disk bila je 209.99 US$ (proverite ovo, jer ovo je cena u momentu dok pišem ovaj članak, i samo na www.newegg.com). Disk dolazi s HighPoint RocketRAID 620 PCIe SATA karticom, što je pomalo neuobičajeno za SATA diskove. Zašto bi standardni SATA disk dolazio sa SATA karticom, kada sistemi obično imaju dovoljno SATA portova? Odgovor je da ona služi da pomeri limit od 2.199TB na nekim sistemima.

Kakav 2.199TB limit?

Pretpostavljam da se mnogi čitaoci već pitaju o kakvom je ovo magičnom limitu od 2.199TB reč, i zašto pominjemo ovaj limit tek sada. Pođimo od razmatranja zašto uopste imamo ovaj limit.

Gotovo svaki uređaj za skladištenje podataka koji može da se nađe na rafama s robom široke potrošnje, kao i većina robe namenjene poslovnom svetu, koristi šemu zvanu LBA kako bi adresirao blokove na uređaju za skladištenje podataka. Pristup je veoma jednostavan - to je linearna šema, gde su blokovi indeksirani celim brojevima. Prvi blok je LBA 0, sledeći je LBA 1, i tako redom. Kada se vaš sistem podiže s diska, on potraži MBR (Master Boot Record) na LBA 0 prvog uređaja po redu.

Ta LBA šema koristi 32-bitno adresiranje pod MBR particijama. Ovo znači da je maksimalna moguća vrednost LBA

Maksimalna LBA vrednost = 2^32 = 4,294,967,296

Kako mnogi uređaji koriste sektore od 512 bajta, ovo znači da je najveća particija ograničena na sledeću veličinu:   

Najveća particija = 4,294,967,296 * 512 bajtova = 2,199,023,255,552 bajtova

Drugim rečima, ne možemo preći 2.199TB po jednom disku s MBR particijom.

Postoji mnogo načina da se prevaziđe ovaj problem. Jedan od njih je da se podrži veći LBA adresni prostor. Konkretno, 64-bitni LBA adresni prostor omogućava nam da idemo sve do 2^64 blokova. Uračunajmo ovde sektore od 512 bajta, i dobijamo otprilike 9.4ZB, devet-koma-četiri zetabajta (Zettabytes). Bićete oduševljeni kada uočite da linuks ima 64-bitno adresiranje, posebno za SATA. Ako sam dobro razumeo, 64-bitno LBA adresiranje postoji još upotrebe sa SCSI diskovima, pa je lako bilo prilagođeno SATA diskovima.

Još jedan pristup rešavanju problema je da se poveća veličina sektora sa 512 bajta na nešto veće, poput 4KB. Pogledajmo nakratko kako ovo funkcioniše.

Sektori od 4KB

Kao što smo prethodno videli, upotrebom veoma malih sektora, poput 512 bajta, možemo ograničiti količinu prostora koji je moguće adresirati u 32-bitnom LBA adresiranju. Sektor od 512 bajta originalno je upotrebljavan da se dobije maksimalna upotrebljivost kapaciteta nekog skladišta. Tako malen sektor gotovo da je garantovao da sektori neće ostati neiskorišteni, jer je bilo malo verovatno da će datoteke biti manje od 512 bajta (moguće, ali malo verovatno). Ali sada se suočavamo s problemom - ne možemo koristiti diskove veće od 2.199TB, i to je postala ozbiljna prepreka za nas ovisnike o kapacitetima skladišta. Jedna naizgled laka opcija jeste da se poveća sektor na 4KB.

Zašto baš 4KB? Odgovor je zapanjujuće jednostavan - to je jednako umnošku celog broja, posmatrano iz mnogih uglova sistema. Konkretno, NTFS i HFS+ sistemi datoteka imaju u osnovnom podešavanju (default) nizove (clusters) od 4KB. Ext3 takođe u svom osnovnom podešavanju ima 4KB. Kako memorija, tako i brojni sistemi datoteka s kojima se često susrećemo, imaju za osnovu 4KB, a što, dalje, ni samo nije slučajnost - bazirano je na veličini stranice memorije (memory page size) za x86. Koristiti meru od 4KB znači trošiti što je moguće manje prostora, pošto već takvom merom odgovaramo veličinama stranice memorije i veličini niza sistema datoteka. Naravno, nekada je datoteka ipak manja od 4KB, pa će to neracionalno trošiti prostor. Ali to je cena koja se mora platiti kako bismo dobili mnogo veće kapacitete. Dakle, 4KB - šta je, tu je.

Ispostavilo se da 4KB sektora ima i drugih pogodnosti koje su uticale na same diskove. Kako se gustina prostiranja (aural density), odnosno gustina prostiranja podataka po ploči (the density of data on the platter) povećava, mogućnost pristupanja podacima postaje teža. Ili su vam potrebne sve osetljivije glave diskova (drive heads) koje poskupljuju ukupnu cenu i dodatno komplikuju stvari, ili je potrebno da poboljšate sposobnost čitanja kako biste pravilno isčitavali podatke. Diskovi koriste ECC (Error Checking Correcting) algoritme unutar samih diskova, kako bi se postarali da isčitavaju sektore pravilno. Kod postojećih diskova sa sektorima od 512 bajta, kada se podaci upisuju, blok od 4 bajta (40 bitova) ECC podataka je takođe zapisan. Kada se neki sektor od 512 bajta isčitavan, čitaju se i ECC podaci. Disk tada poredi podatke. Ako nisu podudarni (ajme) onda disk iznova isčitava podatke, i ponavlja ovo sve dok podaci ne postanu podudarni, ili dok ne dostigne određenu vrednost (dok ne "istekne" - time-out) i potom proglasi grešku u ECC-u. Disk može koristiti CRC kod i Reed-Solomonov kod da proba da povrati podatke sa sektora koji imaju loše (korumpirane) podatke, i da preseli te podatke na rezervne sektore. Ovo često primećujemo kod SATA diskova kod kojih je sektor korumpiran, i disk tada pokušava da iznova mapira podatke s tog sektora u novi, rezervni sektor na disku.

Koristeći sektore od 512 bajta, potrebno nam je 8 sektora da bismo dostigli ukupnih 4KB podataka. Ovo znači da imamo 8*40 = 320 bitova (ili 32 bajta, pretpostavljajući ovde razmeru od 10 bita za bajt) ECC podataka kako bismo pokrili 4KB stvarnih podataka. S druge strane, ako imamo sektore od 4KB, Western Digital kaže da nam je potrebno svega 100 bita (10 bajtova) ECC podataka. Ovo znači da štedimo oko 220 bita (22 bajta) prostora koji može biti iskorišten kod korisnika (i mi, ovsinici o kapacitetu, slavimo). Ovo daje oko 5.5% više prostora po disku.

Pored kapaciteta, prelazak na sektore od 4KB takođe znači da ne mora da obavlja posla koliko i pre prilikom proveravanja ECC podataka, što popravlja i performanse diska. Takođe, to znači da diskovi sa sektorima od 4KB mogu brže popravljati greške od diskova sa sektorima od 512 bajta. Oba aspekta, dakle, popravljaju performanse.     

Drugi operativni sistemi

Kao što je već pomenuto, linuksov kernel već sad može upotrebljavati 64-bitno LBA adresiranje. Linuks može upotrebljavati i sektore od 4KB, takođe. Pametnice koje već koriste linuks mogu početi i s upotrebom novih diskova (uz par stvari u vezi kojih vredi biti oprezan, a koje ću pomenuti kasnije) ali, nažalost, "drugi" operativni sistemi još nisu spremni. Kako smo prinuđeni s vremena na vreme da se petljamo i s tim drugim operativnim sistemima, pogledajmo probleme i prepreke koje se mogu pojaviti, i šta (ne)može biti učinjeno da se one poprave/prevaziđu (drugim rečima, pronađimo načine da ih nateramo da rade s 3TB diskovima).

Nekolicina operativnih sistema počela je koristiti nešto što se zove GPT ili tabela GUID particija (GUID Partition Table) u organizaciji upravljanja, mesto MBR-a (Master Boot Record) organizacije. Već neko vreme koristi se na pojedinim BIOS sistemima, a svakako je deo Intelovog EFI-ja (Extensible Firmware Interface) koji se promoviše uz novije sisteme. GPT su 64-bitni, čineći naš život tako lakšim.

Ključno je da vaš BIOS podržava GPT, kako bi mogao podići sistem sa diska koji omogućava GPT. U svetu obične potrošačke robe, ovo je loše, jer većina matičnih ploča nema BIOS koji podržava GPT. Ovo važi za sve operativne sisteme, uključujući linuks.

Pored BIOS-a, morate se postarati da vaši SATA kontroleri takođe mogu raditi sa 64-bitnim LBA adresiranjem. Prema ovom članku, Intelovi diskovi za skladištenja ne podržavaju 64-bitni LBA, ali bi upotreba vašeg ICH u primarnom modu rada IDE-a (Native IDE mode) mogla upaliti. Prema istom sajtu, razlog zbog kog Western Digital isporučuje po SATA karticu s novim diskom je kako bi omogućio sistemima da upotrebljavaju 3TB diskove, jer ove kartice imaju kontrolere za koje se zna da mogu raditi s velikim diskovima. Postarajte se da proverite specifikacije vašeg SATA kontrolera, da biste videli da li mogu raditi s diskovima koji bi koristili GPT.

Ali ne brinite previše ako vaš sistem nema EFI BIOS ili neki drugi BIOS koji može upravljati GPT diskovima, i ako nema SATA kontroler koji može koristiti velike diskove. Ova ograničenja znače samo da ne možete pokretati sistem s diskova od 3TB. Ako vaš SATA kontroler ne može da koristi tako velike diskove, još uvek ih možete upotrebljavati kao sekundarne ili nebutabilne diskove, koji se - tipično - koriste za podatke koji nisu podaci operativnog sistema. Dobra vest za svet linuksa je da SATA kontroler koji dolazi uz disk može raditi s linuksom i sa 3TB diskovima, tako da nemamo ograničenja kada upotrebljavamo 3TB diskove kao sekundarne diskove. Opet, verovatno ćemo imati ograničenja kada pokušamo da upotrebimo takav disk kao sistemski disk - ista ograničenja čekaju i sve druge, zbog problema s BIOS-om.

Biće tu još faktora koji će uticati na naš odabir operativnog sistema. Slika 1, koju je pripremio Western Digital, pokazuje detalje pri upotrebi novih 3TB diskova kao sistemskih diskova, ili kao sekundarnih diskova, s različitim operativnim sistemima.

Sažetak

Svi volimo brzinu i kapacitet skladištenja, i ne treba puno kamčiti to priznanje od bilo koga od nas. Western Digital je prva kompanija koja je ponudila 3TB SATA diskove, misleći na tržište robe široke potrošnje. Njihovi diskovi dolaze sa SATA kontrolerima koji omogućavaju postojećim sistemima da iskoriste sve prednosti, lepote i blagodeti 3TB skladišta, samo ako nam ostali kriteriji odgovaraju (poput SATA kontrolera koji mogu upravljati i većim diskovima).

Pored kapaciteta od 3TB, ovi novi diskovi upotrebljavaju sektore od 4KB. Ovaj prelaz omogućava povećan kapacitet koji je dostupan, bar u poređenju s češćim sektorom od 512 bajta. On može pomoći i samim preformansama diska, iako su neka od ubrzanja vidljiva samo kada se barata diskovima na kojima su se pojavili loši sektori (bad sectors) a što je scenario koji svakako želimo da izbegnemo. U međuvremenu, diskovi omogućavaju i mod u kom su "komaptibilni" sa starijim, sektorima od 512 bajta, za upotrebu sa starijim LBA namenjenim operativnim sistemima.

Linuks je spreman za sektore diskova od 4KB, sa 64-bitnim LBA adresiranjem. Mnogi SATA diskovi su spremni, takođe, a linuks je spreman i za GPT, no svet robe široke potrošnje još nije spreman za sve to. Nadamo se da bi prve komponente mogle da se nađu na tržištu već početkom 2011. godine. Poslovni svet mogao bi ovo uvesti i pre, ali to već morate proveriti na matičnim pločama u vašim serverima. Ako one koriste EFI, jednu ste brigu zbacili. Možete instalirati linuks i podići sistem s diska, ali postarajte se pre toga da koristite prave alatke, koje mogu upotrebljavati GPT (dakle "fdisk" nije dobra ideja u ovom slučaju). Na puno sajtova možete pročitati kako ovo uraditi. U svakom slučaju, već sada možete koristiti diskove od 3TB ako je vaš SATA kontroler spreman za ovakvu upotrebu, ali, naravno, samo kao sekundarne (dakle ne sistemske diskove) diskove za skladištenje (što, opet, nije loše).

Samo još jedan, poslednji komentar - otkako su se pojavili 3TB Western Digital diskovi, i drugi su počeli da ih prave. Na primer, pojavio se potom i Hitachi Deskstar H3IK30003272SW. Na newegg-u, dok pišem ovaj članak, disk se preprodaje za 199.99 US$. Ono što je veoma interesantno u vezi ovog diska je da je u pitanju SATA III disk (6.0 Gbps) koji se vrti na 7,200 rmp, veoma velikog keša (cache) - 64MB. Mislim da ćemo u 2011-toj videti kombinacije SATA III (6.0 Gbps), 3TB diskova, i GPT alatki, kako postaju tipični za sisteme, posebno nakon što je Intel objavio nove procesore, kao i AMD. Biće to sjajna godina, Bato!