На протяжении четверти века твердотельные диски предоставляли требовательным приложениям высокую скорость и надежный доступ к данным. Первоначально в таком уровне производительности нуждались лишь исследовательские, правительственные и военные организации. Однако стремительное развитие информационных технологий дало возможность организациям любого типа развертывать для поддержки бизнеса высокопроизводительные приложения. За это время твердотельные диски получили признание в качестве жизненно важного и наиболее быстрого инструмента доступа, который позволяет избежать определенных сбоев и отказов в работе вычислительных систем.

Сегодня при составлении стратегий, обеспечивающих непрерывность бизнеса, компании учитывают такие ситуации, как прекращение подачи электропитания, пожары. Хотя нередко игнорируются другие типы проблем. Один из них - резкий всплеск потребностей в ресурсах у действующих приложений. Причины здесь разные: пики покупательского спроса во время праздников, быстро размножающийся компьютерный вирус, который "душит" работу систем электронной почты, слишком частые обращения к внутренним, занимающим время, приложениям. В результате - отказ системы в обслуживании клиента (пользователя) - DoS. Это яркий пример того, как высокая потребность в ресурсах у приложения может прервать бизнес-процесс, причем не хуже землетрясения. А для руководства компании возникнут немалые сложности и если серверы придется останавливать в силу настоящей катастрофы, и если увеличатся потребности в ресурсах. В любом случае потери очевидны.

К счастью, подобный тип проблем обеспечения непрерывности бизнеса имеет достаточно простое решение. Обычно первичным узким местом для приложений является не процессор, а подсистема хранения данных. Процессоры - это электронные полупроводниковые устройства, которые с каждым годом становятся все быстрее. Диски - устройства механико-электронные и относительно медленные, а производительность их за годы выросла ненамного при значительном увеличении объема. И разница в быстродействии между дисками и процессорами со временем только увеличивается. Сейчас даже самые быстрые RAID-системы работают в условиях, при которых серверу приходится ожидать данных, что снижает производительность пользовательского приложения.

Разработанные относительно давно твердотельные (solid-state) диски как раз и предназначены для решения этих проблем, возникающих из-за нехватки производительности традиционных дисковых систем. Как и процессоры, твердотельные носители не имеют механических частей, а вся информация хранится в высокоскоростных микросхемах памяти. Конструктивно системы хранения данных на твердотельных дисках представляют собой массив оперативной памяти DDR RAM или SDRAM с соответствующей управляющей электроникой и специальный контроллер, позволяющий хост-системе "видеть" обычное дисковое устройство и формирующий логические номера устройств (Logical Unit Number - LUN). Сам массив памяти организован так, что при выходе из строя одной линейки не произойдет потери данных (как RAID 5 в обычных дисковых системах). Поскольку память SDRAM или DDR RAM не является энергонезависимой, предусмотрена еще одна батарея, которая будет питать память при незапланированном выключении основного электропитания (точно так же, как аварийное питание кэш-памяти обычных RAID-систем). Дополнительно (например, у систем Texas Memory Systems, торговая марка RamSan) может быть встроена система резервного копирования/восстановления на обычный жесткий диск с интерфейсом IDE. В этом случае в процессе выключения все содержимое твердотельного носителя переписывается на жесткий диск (их может быть несколько), а при включении - восстанавливается.

В результате твердотельные носители способны поддерживать работу нескольких серверов. Латентность таких дисков измеряется микросекундами, а не миллисекундами, как у традиционных дисков. В то время как обычный диск может в среднем выполнить от 200 до 500 операций ввода/вывода за секунду, твердотельный диск более производителен и способен выполнить до 250000 произвольных операций ввода/вывода за секунду.

Для того чтобы увеличить производительность приложения вовсе необязательно хранить все данные на твердотельных дисках. Зачастую обращения происходят не ко всем данным, а к относительно небольшой их части. Наиболее часто сервером (процессором) используются так называемые свопы (временное пространство обмена), а также - в меньшей степени - логи интенсивно работающих баз данных. Если сервер вовремя не получит таких данных - эффективность работы приложения снизится. Следовательно, даже если поместить этот небольшой объем данных на твердотельный диск, производительность приложения увеличится.

Включение быстрого твердотельного диска в состав системы хранения данных будет означать, что приложение продолжит эффективную работу и в условиях резкого увеличения потребности в ресурсах. Кроме того, эти приложения получат еще ряд преимуществ. В частности, улучшение производительности даже не при пиках нагрузки уменьшит время обслуживания пользователей, большая пропускная способность твердотельных дисков поможет сократить время, занимаемое резервным копированием. Также мгновенный доступ к данным позволит лучше загрузить дорогие серверы и эффективнее использовать сетевые коммуникации.

В дополнение к увеличению скорости обработки транзакций применение твердотельных дисков поможет увеличить производительность системы в пакетном режиме обработки, при котором обрабатывается сразу группа файлов или документов. Пример: пользователь дает компьютеру задание распечатать письма всем адресатам согласно списку и ждет, пока все задание не будет выполнено. В этот период пользователь никак не взаимодействует с сервером, так как основными "виновниками" падения производительности являются именно системы хранения на базе обычных дисковых устройств. Проблемы с производительностью при пакетной обработке наиболее заметны на регулярных длинных процессах, занимающих много времени. В принципе применение твердотельных дисков способно сократить длительность пакетной обработки до 25 раз. На практике использование твердотельного диска на одной системе увеличивает пропускную способность с 2 до 50 Мбайт/с.

Покупка твердотельного диска

При выборе и покупке твердотельного диска наиболее часто берут в расчет лишь производительность, емкость и цену. Однако поскольку эти устройства предназначены для хранения наиболее критичных данных, важно знать особенности их конструкции, определяющие надежность, а также представлять, что еще могут предложить эти диски для минимизации общей стоимости владения.

Прежде всего (и это самое важное) нужно определить изготовителя. Так как ни один из производителей обычных жестких дисков не занимается выпуском твердотельных накопителей (зато среди таких компаний много изготовителей флэш-памяти, что немудрено, например: Apacer, Pretec Electronics, SanDisk), то, скорее всего, потенциальный пользователь может и не знать лидеров в данной области. Имеет смысл получить ответы на следующие вопросы: могут ли они продать и поддерживать продукцию годами и после прекращения выпуска? Насколько прибыльным был их бизнес за последние годы? Поддерживают и расширяют ли такие производители отношения с другими компаниями? и т. д.

Вообще говоря, список производителей твердотельных дисков на сегодня весьма широк, среди них есть много неизвестных обычному пользователю игроков: Adtron, Afaya, Altec ComputerSysteme, Asine, BiTMICRO Networks, Cenatek, Curtis, DataDirect Networks, Dynamic Solutions International, Hagiwara Sys-Com, Imperial Technology, Memtech, Micro Memory, M-Systems, SEEK Systems, SiliconSystems, SimpleTech, Solid Data Systems, Taejin Infotech, Targa Systems Division, TiGi, Unigen, Vanguard Rugged Storage, Winstation Systems.

Что касается выбора конкретного решения, для начала нужно понимать, какой именно тип твердотельного диска необходим. В качестве единичного "впрыска производительности" для поддержки работы одного приложения иногда используют небольшие внутренние твердотельные диски, внешне похожие на обычные жесткие диски или имеющие вид карт PCI. Если же планируется увеличение потребностей в сверхбыстрых накопителях или требуется поддержать таким образом работу нескольких приложений, использующих один и тот же диск, следует присмотреться к большим и более быстрым внешним твердотельным дискам. Да и на рынке внешних дисковых систем больше, нежели одиночных внутренних твердотельных дисков. Кроме того, если твердотельный диск используется для увеличения производительности, нужно рассматривать устройства только на базе SDRAM или DDR RAM, а не на базе флэш-памяти. Диски на базе флэш-памяти тоже иногда называют твердотельными, но они лучше приспособлены для работы в тяжелых условиях (тряска, вибрация), чем для увеличения производительности, имея относительно низкую скорость доступа.

И наконец, нужно тщательно оценивать надежность устройств. Память SDRAM и DDR RAM не является энергонезависимой, поэтому требуется специальная внутренняя система резервирования, предотвращающая потерю данных при отключении питания. Качественные твердотельные дисковые системы всегда имеют в своем составе обычные жесткие диски, куда при выключении системы переписывается вся информация с твердотельных носителей и откуда при включении происходит восстановление данных (то есть внутренняя система резервного копирования/восстановления). Также должны присутствовать внутренние батареи. В этом случае процесс сохранения данных будет нормально завершен даже при внезапном отключении основного электропитания. В системах хранения данных на твердотельных дисках могут быть и стандартные для корпоративных систем функции, например SNMP-совместимость, горячая замена блоков питания, резервированные системы охлаждения.

Типовое применение

Большинство твердотельных дисков столь же универсально, как и обычные диски, - их можно зеркалировать, объединять в массивы для оптимизации производительности и целостности данных.

Приведем несколько примеров использования и взаимодействия твердотельных дисков с серверами и сетями хранения данных.

1. Для поддержания работы базы данных компании потребовалась максимальная пиковая производительность, максимальные доступность и восстанавливаемость. Два твердотельных диска работают в режиме "зеркала" (этот режим предоставляет максимальную целостность данных), подключены к кластеру с базой данных при помощи коммутаторов Fibre Channel. Вся система, в свою очередь, зеркалирована на удаленный сайт. Так как работа кластера и системы хранения происходит в среде связной архитектуры Fibre Channel, все серверы имеют доступ к данным и всей доступной производительности твердотельных дисков. Стоимость оборудования из-за дублирования и резервирования, конечно, возрастает, но приложение станет максимально производительным и надежным. Поэтому отказов в выполнении транзакций или замедления работы не будет.
2. В этом случае пользователи непосредственно подключили твердотельный диск к одному или нескольким серверам. Качественный твердотельный диск должен быть совместим с любой операционной системой и представляться как обычный диск. Данные диски могут иметь и несколько портов ввода/вывода, что позволяет напрямую подключать их одновременно к нескольким серверам. Например, на задней панели устройства среднего класса (применительно к твердотельным дискам) может находиться до восьми соединителей Fibre Channel. Управляемость твердотельных дисков в принципе достаточна, чтобы гарантировать администратору возможность присвоения нескольких LUN, необходимых при работе с несколькими серверами. Если между сервером и системой хранения поставить коммутатор (независимо от количества портов ввода/вывода), пользоваться возможностями твердотельных дисков сможет большее количество серверов.

Будущее систем хранения на твердотельных дисках

Использование обычных жестких дисков началось с применения одиночных накопителей, затем появились группы дисков (JBOD) и, наконец, RAID-системы. Развитие технологии твердотельных дисков, очевидно, пойдет по тому же пути. Для дисковых систем хранения движущей силой развития стала потребность в быстрых (относительно лент) хранилищах, увеличении удельной емкости и снижении стоимости хранения. Аналогичная потребность послужит толчком к эволюции и твердотельных дисков.

Постоянно увеличивающийся разрыв между производительностью процессоров и систем хранения приводит к тому, что работа приложений ограничивается жесткими дисками. За три последних года возросла удельная емкость твердотельных дисковых систем (c 16 до 64 Гбайт в габаритах 3U) и, по всей видимости, это лишь начало.

За тот же период (три года) стоимость хранения на твердотельных дисках снизилась примерно с $10 до $3 за мегабайт. Поэтому сегодня стали доступными системы в полутерабайтных и многотерабайтных конфигурациях. В зависимости от потребностей непрерывного бизнеса эти системы работают с JBOD, с RAID-контроллером в хост-системе или как полноценные внешние RAID-системы. Независимо от модели применения твердотельные диски помогут избежать задержек в обслуживании запросов, вызванных пиками нагрузки, соответственно возрастет и качество обслуживания.