Thứ Ba, 30 tháng 4, 2019

Tất Tần Tật về Ổ cứng SATA / SSD / SAS / NVMe


Lưu trữ luôn là vấn đề sống còn của một hệ thống. Với những hệ thống tập trung đa nhiệm tự xây dựng thì lựa chọn giao thức nào để sử dụng rất quan trọng, và nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Trong bài viết này tôi xin được đề cập đế những giao thức cơ bản của các loại HDD thông dụng hiện nay.



Xem thêm:

Ổ cứng hiện nay tính ra là có 2 loại chính là: HDD (Hard Disk Drive) và SSD (Solid State Drive), Ngoài ra còn một loại ổ cứng khác chuyên dụng dành cho Server là ổ SAS, loại ổ này giá cả cũng như cách sử dụng và hệ thống cắm cũng khá đặc biệt nên tôi sẽ đề cặp ở phần sau bài.

Mục lục

  1. HDD (Hard Disk Drive)
  2. SSD (Solid State Drive)
  3. SAS(Serial Attached SCSI)
  4. NVMe (Non-Volatile Memory Express)

HDD (Hard Disk Drive)


HDD là dạng ổ cứng nguyên thủy từ ngày đầu. Thật ra ngày đầu máy tính chưa có ổ cứng gắn trong, mà nó được khởi động (boot) bằng ổ mềm 1,2MB hay sau này là ổ 1,44MB. Ổ mềm rất hay bị hỏng và nó chỉ chạy được hệ điều hành MS DOS.


Những thế hệ đầu tiên bắt đầu gắn ổ cứng bên trong, tích hợp theo máy tính, có lẽ bắt nguồn từ thế hệ máy tính XT 386. Nguyên lý hoạt động cơ bản của HDD là có một đĩa tròn làm bằng nhôm (hoặc thủy tinh, hoặc gốm) được phủ vật liệu từ tính. Giữa HDD là một hệ thống quay tròn, thường là một motor không chổi than, tích hợp với các bo mạch điện tử nhằm điều khiển đầu đọc/ghi đúng vào vị trí của cái đĩa từ lúc nãy lúc đang quay để giải mã thông tin. Trung tâm của ổ đĩa là một động cơ quay (Spindle), để đọc/ghi dữ liệu các nhà sản xuất đã sử dụng các bộ điều khiển truyền động (Actuator) kết hợp với các tay truyền động (Actuator Arm) điều khiển đầu đọc nhỏ (Slider and Read/Write Head) và các cơ này được điều khiển bởi một bộ vi mạch nhỏ ở ngoài, chúng điều khiển đầu đọc ghi đúng vào vị trí trên các đĩa từ (platters) khi đĩa đang quay ở tốc độ cao, đồng thời giải mã các tính hiệu từ tính thành dữ liệu mà máy tính có thể hiểu được.


Vì vậy mà các thao tác của bạn như chép nhạc, phim hay dữ liều (cài phần mềm, game) nào đó từ máy tính ra vật dụng khác (USB, Ổ cứng) nhanh hay chậm cũng phụ thuộc vào phần này, hơn nữa nguyên liệu của những linh kiện trong ổ cứng này càng tốt thi dữ liệu bạn lưu trên này sẽ an toàn hơn.

Thời kỳ đầu, các ổ HDD được kết nối với máy tính thông qua giao tiếp ATA, một sợi dây dữ liệu khá là to và thô kệch. Sau này chuẩn SATA ra đời, và sợi dây nó chỉ bé bằng khoảng 1/5 ATA.

Hiện nay (2019) thì các HDD thông dụng có tốc độ quay tầm 5400 rpm hay 7200 rpm, 10000 rpm hoặc có thể lên tới 15000 rpm (rpm là số vòng quay trong một phút, vòng quay càng cao thì ổ cứng càng nhanh, nhưng càng không bền), ngoài ra HDD cũng có nhiều thế hệ để đánh giá khả năng xử lý như trước thì có Sata 1, cao hơn có Sata 2 (tốc độ đọc/ghi 200 MB/s), Sata 3 (tốc độ đọc/ghi 6 Gbp/s).


SSD (Solid State Drive) 


SSD là loại ổ cứng thể rắn, được những chuyên gia về phần cứng nghiên cứu và chế tạo nhằm cạnh tranh với những ổ cứng HDD. SSD cải thiện đáng kể về tốc độ đọc ghi, nhiệt độ khi hoạt động, độ an toàn dữ liệu và nhất là về điện năng tiêu thụ. SSD được xem như tương lại của ngành lưu trữ vì giá cả ngày càng giảm, dung lượng ngày càng lớn, độ tin cậy dữ liệu cũng được nâng cao, có lẽ cao hơn cả với những ổ HDD chuyên dụng. Rào cản duy nhất của SSD là giá thành, nên SSD thường dùng làm ổ đĩa khởi động, còn lưu trữ truyền thống vẫn dùng HDD. Nhưng ranh giới này đang ngày càng được khỏa lấp.

Cũng cùng chung một tính năng nhưng SSD vượt trội hơn HDD ở những điểm:


  • Thời gian khởi động hệ điều hành nhanh hơn nhiều lần HDD
  • Tốc độ ghi/chép nhanh
  • Phần mềm chạy trên máy được đọc cực nhanh
  • Dữ liệu được bảo vệ tốt, chịu va đập cũng như tương tác vật lý
  • Hầu như không có tiếng ồn khi hoạt động
  • Băng thông truyền tải cao


SAS (Serial Attached SCSI)


SAS được viết tắt từ Serial Attached SCSI, một tiến trình phát triển song song SCSI vào một điểm-đến - điểm giao tiếp nối ngoại vi, trong đó các bộ điều khiển được liên kết trực tiếp vào ổ đĩa.
SAS là một sự cải tiến hiệu suất dành cho những hệ thống lưu trữ lớn, vì nó cho phép kết hợp nhiều ổ cứng lại với nhau (lên tới 128 thiết bị) với các ổ cứng dung lượng khác nhau, qua hệ thống dây dẫn  mỏng nhẹ nhưng tốc độ cao hỗ trợ song song 3.0Gb / s. Điểm đặc biệt của ổ đĩa SAS là nó có thể cắm nóng (hot-swap). Hiện tại chuẩn SAS mới chỉ dành cho server, máy tính cá nhân chưa có loại nào sản xuất tương thích với chuẩn SAS.



Chuẩn SAS có độ bền và tốc độ cao hơn chuẩn SATA hàng chục lần, là dòng enterprise chuyên dụng, không dành cho ổ cá nhân, một thuật ngữ khác của enterprise là ổ dành cho DC (Datacenter). Tốc độ IO đạt từ 7-800MB/s đến vài GB/s. IOPS đạt từ 100k đến hàng triệu IOPS. Độ bền của SSD SAS thì không thể chê vào dâu được (và tất cả chúng đều được bảo hành 5 năm). Theo tính toán thực tế khi triển khai thì rất nhiều ổ SSD SAS có độ bền lên tới vài chục năm.

Khả năng mở rộng của các loại ổ SAS là tiện lợi do hỗ trợ hot-swap. Một server có thể cắm được 4, 8, 10 thậm chí 24, 48 hoặc kịch kim là 128 ổ với các server lưu trữ chuyên dụng.

Giá cả của loại ổ cứng SAS khá cao, gấp nhiều lần ổ HDD thông thường, nhưng bù lại hiệu năng và độ bền sử dụng thì cũng đáng giá của nó.

Tốc độ đọc ghi của dòng SSD SAS so sánh với tốc độ của RAM (một trong những thiết bị đọc ghi nhanh nhất trong máy tính) thì có thể nói là Một chín một mười! Đó là chưa tính tới hệ thống SAS chạy RAID, CLOUD thì sức mạnh của nó còn kinh khủng gấp bao lần.

Như với các dịch vụ VPS thuê trên mạng để dụng client chạy torrent hay encode, thì các VPS này hoàn toàn chạy bằng SSD SAS, ví dụ như thông số ổ SSD SAS mà HostingViet sử dụng cho dịch vụ Hosting và dịch vụ VPS chất lượng cao Tất cả đều là SSD SAS loại 12Gbps:



NVMe (Non-Volatile Memory Express)



NVMe là viết tắt của cụm từ “Non-Volility Memory Express”, là sản phẩm ra đời vào năm 2013 được cung cấp bởi các hãng công nghệ Intel, Samsung, Sandisk, Dell và Seagate. Nó như một dạng khác của SSD, cùng sử dụng chip nhớ và có tốc độ đọc ghi lớn. NVMe có hiệu năng cao dành cho các ổ cứng SSD có giao tiếp PCIe, cho phép cắm-và-chạy các SSD PCIe trên tất cả các nền tảng.

NVMe là một giao thức điều khiển máy chủ và giao thức lưu trữ được tạo ra để tăng tốc độ truyền dữ liệu giữa các hệ thống client-server. NVMe giúp ổ đĩa kết nối trực tiếp với bo mạch chủ (mainboard) của bạn mà dữ liệu đó không phải chuyển qua bộ điều khiển (SATA) xử lý.

PCI-E gồm có ba loại là Gen 2 x4, Gen 2 x8 và Gen 3 x4. X4 có băng thông khoảng 2.000MB/s và Gen 2 X8 là khoảng 4.000MB/s. Còn Gen 3 x4 có tốc độ ngang ngửa Gen 2 X8. Ngoài ra ta còn có các Card PCI-E để gắn nhiều SSD chuẩn M2 có chuẩn giao tiếp tối đa đến Gen 3 X16 tương đương 16.000MB/s.

Xem thêm: Tất Tần Tật về cổng PCI - Nhận diện các loại PCI, PCI Express


Ưu điểm của NVMe:

1. Độ trễ thấp: Khi một bộ điều khiển AHCI thực thi một lệnh, một lệnh đọc không lưu tạm thời (uncacheable) trên thanh ghi bộ nhớ sẽ dùng mất 2000 vòng xử lý của CPU và có 4 lệnh đọc không thể lưu vào bộ nhớ đệm trên mỗi lệnh. Việc này đồng nghĩa với 8000 vòng xử lý của CPU, hoặc khoảng 2,5 millisecond độ trễ mỗi lệnh. NVMe, mặt khác, sẽ không bị chậm như vậy vì nó trực tiếp liên lạc với CPU, do đó, bỏ qua tất cả các quá trình giao tiếp gây chậm trễ.

2. Hiệu năng cao: Giao tiếp này có chỉ số Xuất Nhập trên Giây IOPS (Input/Output Operations Per Second) cao. NVMe có khả năng hỗ trợ lên đến 64K hàng đợi (I/O queue) xử lý các lệnh xuất nhập, với mỗi hàng đợi I/O hỗ trợ lên đến 64K lệnh, tận dụng đầy đủ khả năng đọc và ghi dữ liệu song song của công nghệ chip nhớ Flash NAND. AHCI trên mặt khác, hỗ trợ chỉ duy nhất một hàng đợi I/O với tối đa 32 lệnh một hàng đợi, dẫn đến mức hiệu suất thấp hơn nhiều so với NVMe.

Nếu chọn VNMe thì Bạn cần cân nhắc đến khả năng mở rộng, Vì các thiết bị hỗ trợ số khe cắm mở rộng chưa có nhiều và hạn chế hơn SAS trên mỗi thiết bị. Thường là 1-2-4 cổng mở rộng.
Hoặc Bạn có thể mua Dòng ALL FLASH NVMe SYSTEMS - có khả năng mở rộng cao. Nhưng dòng này không phổ biến cho lắm.

Giá của NVMe chuyên dụng cho Server cũng có giá RẤT đắt, thường không dành cho người dùng phổ thông, tuy nhiên nếu muốn dựng một hệ thống lưu trữ dữ liệu tập trung đa nhiệm, ta có thể kết hợp nhiều chuẩn lưu trữ trên vẫn được, và tùy nhu cầu mà cài đặt và xác lập các loại hình lưu trữ nào vào việc nấy.

Related Posts