Жёсткие диски для NAS: Seagate NAS HDD и Western Digital Red

Введение

В течение нескольких последних лет рынок сетевых хранилищ (NAS) бурно растёт. Поэтому то, что производители жёстких дисков решили обратить на этот рынок своё пристальное внимание, совершенно неудивительно. Продажа HDD для обычных персональных компьютеров – это по нынешним временам явно провальная стратегия. Ведь с одной стороны популярность традиционных компьютеров падает, а с другой – механические жёсткие диски постепенно вытесняются в них новомодными твердотельными накопителями. Другое дело – NAS. Здесь на первом месте стоит надёжность и ёмкость, а производительность – уже на втором, да и к тому же одно сетевое хранилище обычно вмещает не один, а сразу несколько HDD. Поэтому совершенно неудивительно, что оба ведущих производителя жёстких дисков – и в первую очередь, Western Digital и Seagate – пришли к необходимости производства специализированных моделей, предназначенных для установки в потребительские NAS. И произошло это далеко не вчера: специализированные диски WD Red поставляются с середины 2012 года, а модельный ряд Seagate NAS HDD появился в середине 2013. К сегодняшнему дню у Western Digital имеются NAS-диски с ёмкостью до 6 Тбайт, а Seagate предлагает свои варианты с ёмкостью до 4 Тбайт. К компании этих производителей недавно присоединилась и HGST, у которой появилась собственная серия Deskstar NAS с дисками, ёмкость которых достигает 6 Тбайт.

Следует заметить, что впоследствии серии HDD для сетевых накопителей разделились на модели для домашних пользователей, которые используют NAS с числом дисков от 1 до 5, и на модели для бизнес-пользователей, у которых в ходу системы, объединяющие до 16 жестких дисков. Однако в настоящем обзоре мы будем говорить исключительно о тех HDD, которые предлагаются для более простых систем, то есть линейки WD Red Pro, Seagate Enterprise NAS и им подобные рассматриваться нами не будут. Главной же целью настоящего тестирования станет определение тех ситуаций, когда для домашнего NAS выгоднее использовать Western Digital Red, а когда – Seagate NAS HDD. Для ответа на этот вопрос мы протестировали работу типичного NAS с теми и другими HDD, и теперь готовы поделиться с вами своими впечатлениями.

Почему для NAS нужны специализированные диски

Собственно, в названии этого раздела стоит самый первый вопрос, который приходит в голову человеку, решившему приобрести сетевое хранилище. Действительно, в продаже имеется огромное число различных моделей жёстких дисков, и почему для NAS нужны какие-то особенные диски, тем более что они не отличаются особенно демократичной ценой, не всегда понятно.

Однако на самом деле ответить на этот вопрос достаточно несложно, потому что «оптимизация» для NAS – это не какой-то хитрый маркетинговый приём, а набор вполне осязаемых технологических решений. В первую очередь диски для NAS отличаются от обычных винчестеров тем, что они ориентированы на постоянную и круглосуточную работу без перерывов. Большинство десктопных HDD на работу без выключений, в общем-то, не рассчитаны, а NAS-диски в этом плане выступают аналогами полноценных серверных собратьев. Из этого вытекает их повышенная надёжность – заявленное время наработки на отказ дисков для NAS примерно на треть выше, чем у обычных дескотпных HDD. Кроме того, обычно NAS-диски имеют и более продолжительную гарантию, так как срок их эксплуатации в среднем выше, чем у HDD для настольных компьютеров.

Во-вторых, NAS-диски проектируются с учётом их работы в одной тесной корзине с несколькими другими такими же дисками. Поэтому они с одной стороны отличаются повышенной устойчивостью к постоянной вибрации, а с другой – имеют лучшую балансировку шпинделя, что призвано эту излишнюю вибрацию погасить. То же с тепловыделением – температурному режиму накопителей для NAS отводится повышенное внимание. Они, конечно, не настолько холодные, как специализированные «зелёные» модели, но всё рано не отличаются горячим норовом, что позволяет без опаски устанавливать их в тесных и плохопроветриваемых корпусах NAS.

И в-третьих, диски для NAS снабжаются специализированной прошивкой (NASWare – у Western Digital и NASWorks – у Seagate), которая учитывает особенности работы в подобных конфигурациях. Ключевой особенностью такой прошивки является изменённая реакция на появление ошибок чтения. Поскольку в большинстве случаев NAS-диски работают в составе RAID-массивов с той или иной избыточностью, при необходимости восстановления данных из сбойных или неустойчивых секторов они стараются не допустить полного исключения диска из массива. Поэтому, если сектор не удаётся прочитать за первые семь секунд, диск сообщает RAID-массиву, что он работоспособен, но ему нужна помощь для восстановления конкретного фрагмента данных из резервных копий. Переназначение же сбойного сектора происходит только после этого. Обычные жёсткие диски в такой ситуации могут продолжать попытки прочтения данных гораздо дольше, что может быть воспринято RAID-контроллером как полный отказ HDD со всеми вытекающими отсюда последствиями – деградацией массива и необходимостью его перестройки, которая, к слову сказать, может занять по времени и несколько дней.

Помимо этого, исходя из особенностей среды, в которой работают NAS-диски, в них несколько иначе организована работа энергосбережения. Для улучшения времени реакции в ряде моделей таких HDD блок головок автономно не паркуются кроме случаев отключения питания. Без специальной команды со стороны системы не останавливается и вращение шпинделя.

К сказанному остаётся добавить и ещё один немаловажный штрих. Производители NAS со своей стороны тоже рассчитывают на то, что в их продукции будут использоваться специализированные жёсткие диски. Поэтому обычно такие модели HDD тестируются на совместимость с NAS в первую очередь. И приобретая для использования в сетевом хранилище диск из специальной серии, можно быть уверенным в том, что никаких проблем при его установке и использовании не возникнет.

Учитывая всё сказанное, NAS-диски получаются по своему характеру совсем не похожими на накопители для десктопов. По сути, они представляют собой нечто среднее между серверными и экономичными моделями. Не особенно похожи на диски для десктопов они и по производительности. Учитывая, что скорость NAS обычно ограничивается пропускной способностью сетевого интерфейса, модели специализированных жёстких дисков не отличаются лидирующими показателями быстродействия. Однако они однозначно быстрее экономичных моделей, предлагая, тем не менее, очень скромные по десктопным меркам показатели энергопотребления, тепловыделения и шума.

Жёсткие диски – участники тестирования

Для проведения практического сравнения накопителей Western Digital Red и Seagate NAS нами были взяты жёсткие диски 4-терабайтного размера: WD40EFRX и ST4000VN000. В следующей таблице мы сравнили эти модификации по их формальным характеристикам.

Жёсткие диски Western Digital Red и Seagate NAS HDD очень похожи по своим характеристикам. Обе компании при создании специализированных моделей для сетевых хранилищ данных руководствовались примерно одними и теми же идеями, поэтому результат у разных команд разработчиков получился почти одинаковый, вплоть до идентичных функций прошивки.

Однако в одном NAS-диски Western Digital и Seagate всё-таки расходятся, а именно, в скорости вращения шпинделя. WD Red уступает по этому параметру конкурирующей модели, в которой шпиндель вращается примерно на 10 процентов быстрее. В теории это может сделать Seagate NAS HDD немного более проворным с точки зрения быстродействия, но по этой же причине накопитель с более быстрым шпинделем должен быть менее экономичным. Конечно, многое зависит также и от внутренней геометрии жёстких дисков. Но в этом отношении рассматриваемые нами модели Western Digital Red и Seagate NAS HDD объёмом 4 Тбайт идентичны. И в том, и другом HDD используется по четыре пластины объёмом 1 Тбайт.

Стоит упомянуть и ещё один нюанс. В то время как для Western Digital Red и Seagate NAS HDD заявляются одинаковые показатели надёжности, на практике они, конечно же, имеют разную вероятность преждевременного выхода из строя. К сожалению, достоверную информацию по отказам тех или иных моделей HDD производители не раскрывают, поэтому ориентироваться можно лишь на статистику, накопленную сторонними организациями. Например, онлайн-сервисом резервного копирования BackBlaze, который охотно делится своими наблюдениями за используемым в компании массивом из 35 тысяч жёстких дисков.

Согласно этим данным, в целом, диски Western Digital ломаются заметно реже, чем продукция Seagate, однако инженеры BackBlaze отмечают, что проблемы с дисками WD большой ёмкости в последнее время начали их серьёзно беспокоить. Например, из 776 дисков Western Digital Red 3 Тбайт, которые используются сервисом в течение последнего полугода, из строя вышло уже 68 экземпляров, что составляет 8,8 процента. К сожалению, мы не можем сопоставить это число с практикой применения Seagate NAS HDD, потому что такие накопители в BackBlaze не используются. Однако, например, очень популярная модель Seagate Desktop HDD.15 объёмом 4 Тбайт по наблюдениям BackBlaze ломается заметно реже WD Red: за те же полгода из 9619 работающих дисков из строя вышли лишь 288, что составляет 3 процента от общего количества.

WD My Cloud EX4 – тестовый NAS

Выбирая сетевое хранилище для испытаний специализированных NAS-дисков, мы остановились на флагманском продукте такого рода компании Western Digital. Причина этого выбора проста: кому, как не производителю HDD, лучше знать, как правильно работать с «винчестерами»? Среди же линейки сетевых продуктов WD нам особенно приглянулась модель My Cloud EX4, представляющая собой полноценный домашний четырёхдисковый сервер с поддержкой различных RAID-конфигураций, горячей замены жёстких дисков и возможностью резервирования сетевого интерфейса и линий питания. Кроме того, говоря о сильных сторонах My Cloud EX4, нельзя не упомянуть и о поддержке удобного и уникального набора «облачных» функций, позволяющих получать доступ к своим данным из-за пределов домашней сети.

Впрочем, сразу же отметим, что WD My Cloud EX4 – далеко не самый производительный NAS из присутствующих на рынке вариантов. Компании Synology, Qnap, Asustor и другие имеют в своём ассортименте гораздо более мощные по аппаратной начинке модели. Решение Western Digital же основывается на одноядерном ARM-процессоре Marvell ARMADA 300, работающем на частоте 2 ГГц, и оборудовано лишь 512 Мбайт оперативной памяти. Однако благодаря хорошо оптимизированной программной составляющей скорость работы WD My Cloud EX4 в качестве файлового сервера особых нареканий всё-таки не вызывает, а его удобство использования вообще находится на очень хорошем уровне. Кроме того, NAS компании WD имеет достаточно интересную для четырёхдискового сетевого хранилища цену, что делает его весьма привлекательным вариантом для многих домашних пользователей.

Надо сказать, что и внешнее исполнение My Cloud EX4 вызывает только положительные эмоции. Главный плюс конструкции корпуса этого сетевого хранилища – возможность замены жёстких дисков без применения каких-либо инструментов. Доступные с лицевой панели отсеки закрыты дверцами с защёлками, а диски просто вдвигаются внутрь NAS. Благодаря этому установка и замена HDD происходит в течение считанных секунд. Единственное «но» - отсутствие каких-либо фиксаторов защёлок, предохраняющих отсеки от нечаянного открывания. Кроме того, WD My Cloud EX4 оборудован и информативным дисплеем, на котором отображается текущий статус хранилища и достаточно обширный набор полезной информации вроде ip-адреса, сетевого имени и проч., что облегчает взаимодействие с устройством.

Western Digital поставляет рассматриваемый NAS в нескольких вариациях: с жёсткими дисками разной ёмкости или без них. Укомплектованные дисками варианты поставки ожидаемо используют WD Red, но на самом деле сетевое хранилище совместимо с широким спектром винчестеров различных производителей. В случае если My Cloud EX4 поставляется с дисками, они уже собраны в массив RAID 5. Однако этот NAS поддерживает и другие уровни RAID, в том числе RAID 0, RAID 1, RAID 10 или простой JBOD. Переконфигурирование массивов выполняется очень быстро, причём в ряде случаев возможна даже «мягкая» миграция без потери данных.

Сзади My Cloud EX4 можно обнаружить три пары портов: два – питания, два – гигабитной сети и два – USB 3.0. Гигабитные сетевые порты могут быть использованы для резервирования, объединения или для балансировки нагрузки, Два входа для подключения питания позволяют организовать подстраховку на случай выхода одного из блоков питания из строя (впрочем, в комплект поставки входит только один блок).

По умолчанию, на томе, создаваемом на базе установленных в NAS дисков, создаётся три раздела: Public, SmartWare и Time Machine Backup. Public отводится для общих данных, а два других – предназначаются для резервного копирования данных с Windows и Mac-компьютеров. После подключения WD My Cloud EX4 в домашнюю сеть все три раздела становятся доступны со всех устройств, находящихся в том же сегменте сети. С Windows-компьютеров с ними возможны любые файловые операции, а с Mac-компьютеров NAS дополнительно видится как возможное место назначения для работы Time Machine. Все сетевые мультимедийные DLNA-устройства также получают к содержимому тома полный доступ без какой-либо дополнительной настройки.

Кроме того, производитель предоставляет мобильные приложения для iOS и Android, позволяющие видеть WD My Cloud EX4 и соединяться с ним. Эти же мобильные приложения могут поддерживать связь с NAS и извне сети, через интернет. Иными словами, организация облачного хранения данных с My Cloud EX4 не требует никакой особой настройки и работает, что называется, из коробки. Разрешить доступ к вашему серверу дополнительным мобильным устройствам тоже несложно – необходимый для этого код доступа можно отправить, например, по e-mail. Впрочем, если необходима хоть какая-то настройка разграничения доступа, то в этом случае потребуется компьютер, на который предварительно нужно будет установить специализированную программу с сайта wd2go.com. Настройка также возможна и через веб-интерфейс, предлагающий даже более гибкие возможности, а кроме того позволяющий тонкое конфигурирование NAS продвинутыми пользователями.

На облачных функциях WD My Cloud EX4 стоит остановиться подробнее, ведь это — его основной козырь. Доступ к файлам на домашнем NAS через интернет становится возможен после авторизации на специальном сайте WDMyCloud.com. Авторизованные пользователи получают соединение со своим устройством по VPN-подобной технологии, в результате чего работа с файлами, физически находящимися на NAS, становится возможна из любой точки, где есть интернет-подключение. Это касается как стационарных компьютеров, так и мобильных устройств. Таким образом, решение такой популярной задачи, как перекачка снятых телефоном фотографий или любительского видео на домашний сервер, для My Cloud EX4 вообще не представляет никакой проблемы. Всегда в сфере досягаемости оказываются и все свои личные и рабочие файлы, которые хранятся на NAS. Таким образом, My Cloud EX4 полностью оправдывает своё «облачное» название — этот домашний сервер действительно является самым настоящим персональным облаком, поддерживаемым не какими-то общеизвестными сервисами вроде Dropbox, а самим его владельцем.

Реализована в рассматриваемом сервере и возможность создания резервных копий хранящихся на нём данных. Данные можно бэкапить на другой том внутри NAS, на другой NAS, на внешние USB-накопители или в глобальные облачные хранилища вроде Amazon S3 или ElephantDrive. Кроме того, в WD My Cloud EX4 реализованы и некоторые функции, востребованные в бизнес-среде. В частности, присутствует поддержка iSCSI, активных каталогов и виртуализация томов.

К сказанному остаётся только добавить, что WD My Cloud EX4 имеет возможности программного расширения и поддерживает установку дополнительных приложений через встроенный магазин приложений. На накопители предустановлен пакет для закачки файлов по распространённым файловым протоколам, в дополнение к этому предлагается некий небольшой набор, включающий WordPress и другие системы управления контентом, форумный движок phpBB, приложение для Dropbox, и неизменный torrent-клиент Transmisson.

Конечно, по богатству возможностей WD My Cloud EX4 не дотягивает до флагманских продуктов некоторых производителей, однако главную функцию NAS – хранение файлов — он решает на отлично. То есть, это сетевое хранилище, безусловно, будет интересно не только в качестве гибкой тестовой платформы для испытания жёстких дисков, но и как полноценный домашний файловый сервер с возможностью доступа к данным в том числе и извне домашней сети как со стационарных компьютеров, так и с мобильных устройств.

Как мы тестировали

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Z97-Pro, процессором Core i5-4590K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 4600 и 16 Гбайт DDR3-2133 SDRAM. Диски с SATA-интерфейсом подключается к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 13.2.4.1000. При измерении скорости передачи данных по сети применялся встроенный на материнской плате сетевой контроллер Intel I218V с драйвером версии 12.11.96.1.

Испытание дисков в составе NAS проводилось на базе описанного выше четырёхдискового сетевого хранилища WD My Cloud EX4 с прошивкой версии 1.05.30. Тестовая сеть была собрана с использованием гигабитного роутера Zyxel Keenetic Extra c прошивкой 2.04.

Производительность HDD при SATA-подключении

Прежде чем перейти к тестированию Western Digital Red и Seagate NAS HDD в родной для них NAS-среде, мы решили измерить их производительность при непосредственном подключении к SATA 6 Гбит/с порту на материнской плате. В качестве основного тестового инструмента была использована утилита HD Tune Pro 5.50.

В целом, в обычной десктопной среде накопитель Seagate NAS HDD оказывается быстрее, чем Western Digital Red. Уровень преимущества составляет порядка 17 процентов при последовательных операциях и около 8 процентов при случайных чтениях. Это – вполне закономерный результат, если принять во внимание тот факт, что плотность записи данных на пластинах у обоих HDD для NAS примерно одинакова, но у Seagate NAS HDD при этом выше скорость вращения шпинделя. Однако при случайной записи ситуация всё же меняется на противоположную. При таких операциях WD Red быстрее, причём ощутимо. Вероятно, это связано с отсутствием в семействе Seagate NAS HDD поддержки свойства NCQ Priority Information, необходимого для полноценной работы технологии NCQ.

Производительность HDD в составе NAS

При выполнении этой группы тестов накопители устанавливались в сетевое хранилище WD My Cloud EX4, средствами которого создавались различные типы массивов. Мы протестировали четыре наиболее распространённых конфигурации – массивы RAID 10 и RAID 5, собранные из четырёх накопителей, массив RAID 1 из двух HDD и работу в NAS одиночного накопителя, сконфигурированного как JBOD. Подключение сконфигурированных в NAS томов выполнялось наиболее привычным для домашних пользователей способом – по протоколу CIFS (SMB 2.0).

Intel NASPT

В первую очередь производительность NAS с различными дисками была проверена в специализированном тесте Intel NAS Performance Test 1.71, который моделирует различные типовые сценарии использования сетевого хранилища.

Как того и следовало ожидать, Seagate NAS HDD оказались немного быстрее и в реальных сценариях использования в сетевых накопителях. Однако во-первых, отрыв этих жёстких дисков не слишком велик, а во-вторых, есть целый ряд сценариев, где WD Red показывают себя как минимум не хуже. К их числу в первую очередь относятся файловые операции, выполняемые с целыми каталогами, которые, к слову, являются одним из важнейших типов нагрузки для сетевых накопителей.

Microsoft Robocopy

Для того чтобы разобраться со скоростью копирования файлов подробнее, мы провели также и отдельные тесты копирования с использованием стандартной Windows-утилиты Robocopy. Использовалось два типа каталогов: ISO – каталог, содержащий файлы объёмом по несколько Гбайт – образы DVD-дисков, и Work – типичный рабочий каталог с разнородными файлами, включающий офисные документы, фотографии и иллюстрации, pdf-файлы и мультимедийный контент. Копирование проводилось в восьмипоточном режиме, который наиболее полноценно нагружает NAS.

В целом, никаких принципиальных различий в скорости работы сетевого накопителя, начинённого NAS-дисками разных производителей, не наблюдается. Тем не менее, хочется обратить внимание на то, что Seagate NAS HDD позволяют развить более высокое быстродействие в большем числе испытаний. Но, несмотря на это, WD Red оказывается явно сильнее при работе в двухдисковой конфигурации (RAID 1) и при копировании больших объёмов разнородных файлов с NAS.

Энергопотребление

Производительность – это не единственная важная характеристика сетевого накопителя. Принимая во внимание, что подобные домашние серверы работают в круглосуточном режиме, не менее важно и их энергопотребление. Поэтому мы сравнили потребление тестового NAS WD My Cloud EX4 при установке в него четырёх жёстких дисков обоих производителей. Измерение потребления выполнялось в конфигурации RAID 5 в двух режимах: в состоянии простоя без подачи команды гибернации на жёсткие диски, то есть, при холостом вращении их шпинделя, и во время интенсивных файловых операций.

Графики недвусмысленно указывают на то, что использование в составе сетевых хранилищ WD Red вместо Seagate NAS HDD позволяет добиться экономии от 2 до 4 Вт. Кажется, мелочь? Не совсем. Если учесть, что NAS работает непрерывно, эта мелочь может обернуться в разницу 20-30 кВт∙ч за год. Конечно, это тоже не слишком много, но и не столь мало для того, чтобы таким различием можно было бы пренебречь. К тому же следует понимать, что меньшее энергопотребление WD Red означает и их меньший нагрев во время работы. А это, в свою очередь, будет выливаться в более их благоприятный температурный режим при установке в тесном корпусе сетевого накопителя.

Выводы

С момента появления специализированных магнитных накопителей, нацеленных на использование в NAS, прошло уже более двух лет. За это время пользователи смогли хорошо осознать тот факт, что в сетевых хранилищах данных действительно лучше использовать именно такие NAS-диски, которые по сути можно охарактеризовать как домашние HDD серверного класса. Они имеют целый ряд ключевых отличий от десктопных дисков, но самое главное в них то, что они изначально рассчитаны на круглосуточную и непрерывную эксплуатацию и имеют специализированную прошивку, направленную на сохранение RAID-массивов в случае возникновения каких-либо проблем при чтении данных. Ну а кроме того они просто тише и холоднее, но их производительность при этом сбалансирована таким образом, чтобы в NAS, где скорость передачи данных во многом ограничивается пропускной способностью сетевого соединения, никаких «тормозов» не ощущалось. Иными словами, для покупателя, подыскивающего HDD для NAS, необходимость в выборе специализированных накопителей практически очевидна.

Вопросы же возникают на том этапе, когда оказывается, что специальные диски для NAS сегодня предлагают всё производители жёстких дисков. Практически в любом магазине покупатель столкнётся как минимум с двумя сериями HDD, предназначенными для домашних NAS, – Western Digital Red и Seagate NAS HDD. Что же выбрать из этих двух вариантов?

В этом материале мы протестировали диски из той, и из другой серии и убедились, что на самом деле при практическом использовании они почти одинаковы. Принципиальных различий нет как в характеристиках, так и в производительности. Единственное, что стоит знать, так это то, что в Seagate NAS HDD магнитные пластины вращаются немного быстрее, но Western Digital Red, в отличие от альтернативы Seagate, обладает полной поддержкой NCQ. В результате, массивы, собранные из Seagate NAS HDD, оказывается чуть производительнее при последовательных операциях, то есть при работе с большими файлами. Массивы же из Western Digital Red могут отыграться при случайных операциях, особенно при одномоментной записи множества мелких файлов. Однако и в том, и в другом случае речь идёт лишь о небольшой разнице в быстродействии.

Попутно стоит упомянуть и о том, что благодаря меньшей скорости вращения шпинделя, Western Digital Red оказались немного экономичнее и холоднее своих соперников, но речь вновь идёт о непринципиальной разнице.

Поэтому, подытоживая всё сказанное выше, мы не можем дать никаких конкретных рекомендаций. И Western Digital Red, и Seagate NAS HDD хороши для своих целей, то есть для использования в сетевых накопителях. Выбирать же, видимо, каждому пользователю придётся исключительно из личных предпочтений. Какую бы из двух этих моделей вы не приобрели, в любом случае это будет правильное и оправданное решение.