Собираем сетевое хранилище NAS в тостере: обновление проекта - THG.RU

Немного предыстории

Идея создания массива RAID 5 внутри тостера появилась в 2001 году, когда Дейв Гоик (Dave Goeke) работал в компании ApplianceWare, Фримонт, Калифорния; тогда такие термины, как “информационные бытовые приборы” были на пике моды. С тех пор основным продуктом компании ApplianceWare продолжает оставаться урезанный дистрибутив Linux, позволяющий превратить компьютер в файловый сервер.

Как рассказывает Гоик, в то время они проводили тесты на совместимость с различными системными платами и шутки ради установили в старенький тостер маленькую печатную плату. Собирать компьютеры в тостерах они начали по инициативе отдела маркетинга ApplianceWare для презентаций, демонстраций, выставок и других мероприятий. Действительно, файловый сервер в тостере привлекал внимание клиентов во время демонстраций ApplianceWare Server.

Первый RAID-сервер в тостере использовал 5,25″ материнскую плату AMI с двумя встроенными адаптерами SCSI. Система была оснащена тремя 3,5″ приводами SCSI, каждый из которых обладал впечатляющей ёмкостью 8 Гбайт. Вся система вместе с 250-Вт блоком питания поместилась в старый тостер 1970-х годов, изготовленный компанией General Electric.

Приводы SCSI шумели, как ракета. В качестве центрального процессора использовался Pentium MMX и колоссальный объём памяти в 128 Мбайт. ApplianceWare и AMI разработали специальную материнскую плату.

По признанию Гоика, RAID-тостер №1 был тяжёлый, громоздкий и не самый удачный. Вскоре после него, летом 2001 года, был собран RAID-тостер №2, который получился в два раза меньше. В нём использовалась другая нестандартная материнская плата, размером около 15 x 20 см. Процессор работал на тактовой частоте 200 МГц, и использовалось 32 Мбайт памяти в форм-факторе SO-DIMM (как в ноутбуках). В качестве накопителей использовались два 8-Гбайт жёстких диска в “зеркале” со скоростью вращения шпинделя 5400 об/мин и с параллельным интерфейсом IDE.

Слева направо: RAID-тостеры №2, №3 и №4. Нажмите на картинку для увеличения.

№2 – сентябрь 2001 года, 8 Гбайт в “зеркале”, 200-МГц процессор, 100-Мбит Ethernet
№3 – декабрь 2005 года, 20 Гбайт в “зеркале”, тот же 200-МГц процессор, 100-Мбит Ethernet
№4 – январь 2009 года, 1280 Гбайт в массиве RAID 5, 2,4-ГГц двуядерный процессор, 1-Гбит Ethernet.

RAID-тостер №3 был собран в конце 2005 года на той же системной плате, что и RAID-тостер №2, но на этот раз были использованы два 20-Гбайт 3,5″ жёстких диска с параллельным интерфейсом IDE. В то время в маленький тостер могли войти не более двух жёстких дисков с использованием внешнего блока питания, как у ноутбуков (см. фотографию).

Слева направо: те же три RAID-системы в тостерах в разобранном виде: №2 (сентябрь 2001), №3 (декабрь 2005) и №4 (январь 2009). Нажмите на картинку для увеличения.

Всё изменилось

В декабре 2005 года мы опубликовали статью о сборке сетевого файлового сервера в тостере, где как раз рассказали о RAID-тостерах №2 и №3.

Однако с момента появления RAID-тостеров №1 и №2 в 2001 году многое изменилось. Во-первых, значительно эволюционировали процессоры, шины, диски, ёмкость памяти и тактовые частоты. Во-вторых, сейчас доступно больше форм-факторов для одноплатных компьютеров, больше продуктов, больше поставщиков, да и цены выгоднее. В-третьих, эволюционировала операционная система Linux.

В общем, сегодня определение встраиваемых (embedded) систем существенно изменилось, и маленькие системы обладают гораздо большей ёмкостью.

В 2001 году компания ApplianceWare чуть ли не единственная на рынке предоставляла сетевые хранилища (network attached storage, NAS). Сейчас таких компаний много.

Сейчас на рынке представлено больше NAS-продуктов, чем когда бы то ни было, особенно это касается решений с двумя и четырьмя жёсткими дисками, и это уже не просто файловые серверы для клиентов Unix, Mac и Windows.

Да и многие энтузиасты собирают компьютеры малого форм-фактора в тостерах и других экстравагантных корпусах. Но Дейв Гоик признался, что страсть собирать компьютеры в тостерах переросла в хобби. Он многому научился за это время и планирует собрать ещё несколько файл-серверов в тостерах.

По словам Дейва Гоика, многое изменилось с тех пор, как он в 2001 году собрал два первых файловых сервера в тостерах. Тогда 866-МГц процессор Coppermine считался быстрым и мощным. С нетерпением ждали 160-Гбайт жёсткие диски Maxtor ATA 133 с параллельным интерфейсом IDE. На рынке должен был появиться интерфейс SATA, мощной считалась 64-битная архитектура PCI-X, а гигабитный Ethernet был ещё чем-то новым. Компания Promise готовилась к выпуску адаптеров SATA для шины PCI.

Форм-факторы

Одноплатные компьютеры сейчас более стандартизированы и распространены, чем несколько лет назад. Материнские платы форм-факторов pico-, nano- и mini-ITX можно в готовом виде найти у многих производителей и по разумным ценам.

Напоминаем, что размеры платы форм-фактора ATX для настольных ПК составляют 30,5 x 24,4 см (12″ x 9,6″). Компания VIA предложила три форм-фактора меньших размеров.

Mini-ITX: 17 x 17 см (6,7″ x 6,7″);
Nano-ITX: 12 x 12 см (4,7″ x 4,7″);
Pico-ITX: 10 x 7 см (3,9″ x 2,8″).

VIA – это единственный производитель, который предоставляет общедоступные материнские платы nano- и pico-ITX. Все основные производители предлагают платы mini-ITX – это самый маленький форм-фактор с четырьмя или более портами SATA.

Сейчас есть новый форм-фактор BTX, тоже интересный для тех, кто интересуется сборкой компактных систем в необычных корпусах (хотя разработка BTX прекратилась более двух лет тому назад).

Форм-фактор говорит не только о размерах платы. В спецификации входят также расположение компонентов, охлаждение, питание и многое другое.

Образ Linux

Встроенная операционная система Linux когда-то занимала около 1,5 Мбайт, что соответствует ёмкости 3,5″ дискеты. Сегодня, когда произошли положительные изменения в дисковом пространстве и тактовых частотах, компьютер, работающий под управлением операционной системы, умещающейся в объёме памяти 128 Мбайт, считается компактным. Сейчас на материнские платы малого форм-фактора устанавливаются процессоры с тактовой частотой 3,0 ГГц и выше, да и 4-Гбайт модули памяти можно купить по разумной цене.

Принимая во внимание всё эти улучшения, а также доступность готовых материнских плат и приводов малого форм-фактора, Дейв Гоик посчитал, что пришло время обновить RAID-систему в тостере. Кроме того, ему нужен был новый файловый и DHCP-сервер для дома. Воспользовавшись отпуском, Дейв решил дать новую жизнь старым тостерам, купленным на распродаже.

Новые процессоры

Вот что рассказал нам Дейв Гоик о сборке своих новых RAID-тостеров.

“Новый маломощный процессор Intel Atom выглядит заманчиво, и было бы интересно собрать RAID-систему в тостере на материнской плате с этим процессором. Замечу, что процессоры Atom припаяны к плате и не снимаются, как другие процессоры x86. Я нашёл лишь несколько материнских плат с процессорами Atom, которые обладали четырьмя портами SATA. Большинство системных плат на рынке, которые мне удалось найти, имели один или два порта SATA. Поскольку RAID-тостер представляет собой файловый сервер, нам необходимо, как минимум, четыре порта SATA.”

“Компания VIA выпускает две новые материнские платы (NAB 7500-15DVB и NAS 7800-15LST), которые меня заинтересовали. Было бы забавно собрать RAID-тостер на этих двух материнских платах. Обе платы оснащены процессорами VIA C7 CPU.”

Жёсткие диски

“Для моего проекта подходил целый ряд жёстких дисков: от 2,5″ 500-Гбайт винчестеров до 3,5″ жёстких дисков ёмкостью до 1,5 Тбайт. Ими можно просто восхищаться по сравнению со 160-Гбайт 3,5” винчестерами PATA Maxtor и PCI-контроллером SATA от Promise в 2001 году.

Сегодня четыре 2,5″ жёстких диска SATA занимают почти столько же места, что и один 3,5″ винчестер. А помните полноразмерные 5,25″ 20-Мбайт жёсткие диски?

Нажмите на картинку для увеличения.

О проектах создания компьютеров в тостерах писали уже много. Настольные системы собирали в больших тостерах. Системы формата mini-ITX собирали в вафельницах, в мини-печках и в других мыслимых и немыслимых предметах бытовой техники (включая, конечно же, самые обычные тостеры). Доступность и разумная стоимость плат mini-ITX, маломощных процессоров и систем пассивного охлаждения облегчают воплощение в жизнь самых смелых проектов создания компактных систем в необычных корпусах.

Самый симпатичный, на наш взгляд, компьютер был собран в модифицированном винтажном ретро-тостере 1930-х годов. Мы рекомендуем посмотреть другие интересные проекты:

Дистрибутивы Linux для файлового сервера

В 2001 году продукт компании ApplianceWare, казалось, был единственным общедоступным дистрибутивом, превращающим компьютер в файловый сервер. Сейчас доступно несколько ключевых дистрибутивов Linux для файлового сервера. После установки этих дистрибутивов компьютер превращается в сетевой файловый сервер.

Совершенно бесплатно можно скачать и использовать дистрибутивы Open Filer и Free NAS (см. нашу статью “FreeNAS: создаём сетевое хранилище (NAS) своими руками“). Дистрибутив NAS Lite 2 будет вашим за очень скромную плату менее $30. ApplianceWare и Nexenta тоже лицензированы.

FreeNAS построен на BSD, можно скачать бесплатно.
OpenFiler основан на Linux, можно скачать бесплатно.
NAS Lite 2 от Server Elements доступен за скромную плату.
ApplianceWare основан на Linux, платный.
Nexenta Stor, платный.

Если файловый сервер в 2001 году поддерживал SMB и NFS, имел web-интерфейс пользователя и поддерживал RAID 0, 1 и 5, то это был хороший продукт. Если он выполнял функции DHCP-сервера, то это был супер-продукт. Сегодня NAS-серверы поддерживают все файловые протоколы и обладают многими приятными функциями, например:

DHCP-сервер;
SMB и NFS;
FTP-сервер;
Web-сервер;
Firewall;
Bonjour и iTunes;
поддерживает резервные блоки питания;
аутентификация через контроллер домена;
управление энергопотреблением;
BitTorrent
…и многое другое.

Разработка проекта

“Решив собрать новую RAID-систему в тостере, мне пришлось серьёзно подумать над тем, что именно я хочу получить. Проект обещал быть дорогим, поэтому я принялся разрабатывать то, что стоило бы этих денег. Мне хотелось получить платформу, которая бы задействовала все технологические изменения и улучшения, произошедшие со времён сборки RAID-тостеров в 2001 году, и для меня важен был привлекательный вид конечного продукта. Поразмыслив над возможностями, которые были бы полезны в домашнем файловом сервере, я решил, что RAID-тостер №4 будет обладать следующими характеристиками”.

привлекательный внешний вид в стиле ретро;
будет выглядеть как настоящий тостер без видимых внешних отличий;
блестящая и отражающая поверхность;
световые индикаторы, отражающиеся от блестящей поверхности;
достаточное количество жёстких дисков для обеспечения массива RAID 5;
платформа, иллюстрирующая все изменения и улучшения в форм-факторе, ёмкостях, скоростях и производительности по сравнению с предыдущими RAID-тостерами;
процессорная архитектура x86;
дисковое пространство, достаточное для моих потребностей;
возможности DHCP для обслуживания всех клиентов в моём доме.

Нажмите на картинку для увеличения.

Внутренняя часть крышки тостера отполирована для усиления отражения горящих и мигающих разноцветных светодиодов, чтобы они были более заметными.

Предстоящие трудности

Нажмите на картинку для увеличения.

Где будем собирать систему?

Кухня – это самое подходящее место для проведения подобного рода работ. В Калифорнии во время сборки проекта была зима. В гараже холодно, сыро и пыльно. А пыль может навредить дорогостоящей электронике. В жизни настоящего моддера кухня служит лишь местом, где находится холодильник и хранится кошачий корм. Там есть бытовые приборы, которые никогда не используются, например, духовка, плита и посудомоечная машина. Освещение там хорошее, и есть много рабочих площадок. Если бы на кухне были встроенные тиски, то это было бы законченное, идеальное помещение для проведения работ по сборке самых разных систем.

Нажмите на картинку для увеличения.

Множество трудностей связано со сборкой компьютера в корпусе с очень ограниченным пространством, который изначально не предназначался для безопасной установки хрупких компонентов. Чтобы собрать каркас для поддержки материнской платы, жёстких дисков и остальных компонентов, необходимо сделать множество специальных креплений и убедиться, что всё умещается, как надо. Постоянное манипулирование материнской платой и приводами небезопасно.

Нажмите на картинку для увеличения.

“Я изготовил картонные шаблоны для приводов и материнской платы. Они нужны для определения расположения компонентов внутри тостера. Во время изготовления скоб крепления и направляющих приходится несколько раз собирать и разбирать корпус, чтобы проверить, насколько хорошо умещаются компоненты, а с использованием шаблонов вы можете не бояться, что повредите платы и чипы о металлические крепления.”

Ищем подходящий блок питания

За исключением RAID-тостера №1, все остальные аналогичные системы были оснащены внешним блоком питания, похожим на тот, что используется для ноутбуков. RAID-тостеры №2 и №3 обладали скромным энергопотреблением: линии 2,9 В для CPU и 5/12 В для приводов, материнской платы и маленького вентилятора. RAID-тостеры №2 и №3 питались от маленького 12-вольтового блока питания, который подключался к находящейся внутри тостера распределительной печатной плате размером около 3,8 x 7,6 x 1,3 см.

На web-сайтах Logic Supply, Mini-ITX.com, Polywell и Mini-Box.com представлено много информации о новых миниатюрных внутренних преобразователях питания. Мы пришли к выводу, что RAID-тостеру 2009 понадобится более мощный блок питания. Энергопотребление одного центрального процессора составляло 45 ватт. Вместо двух жёстких дисков предполагалось использовать четыре винчестера, а также процессорный вентилятор с высокой скоростью вращения и вентилятор меньших размеров для охлаждения чипсета Nvidia MCP78s. Специалист из Polywell предложил использовать 12-В/110-Вт блок питания вместе с новым внутренним преобразователем “pico PSU”. У автора в наличии были также несколько Y-тройников 5 В/12 В и пара переходников питания SATA 5 В/12 В HDD.

Нажмите на картинку для увеличения.

Миниатюрный внутренний преобразователь для материнской платы mini-ITX. Он подключается прямо к материнской плате. Несколько Y-тройников подключены к линии 5 В/12 В для питания остальных компонентов системы.

Внутренний преобразователь и внешний 12-В/120-Вт блок питания. Нажмите на картинку для увеличения.

“Во-первых, я поставил дистрибутивы Fedora и CentOS, чтобы убедиться в доступности драйверов чипсета, SATA, Ethernet и других устройств, и в том, что все системные компоненты определяются. После такой проверки я испробовал OpenFiler и FreeNAS.”

“OpenFiler не смог определить жёсткие диски. FreeNAS установился хорошо, но не определил сетевой адаптер Realtek. В Интернете я быстро нашёл, что эта известная проблема, решаемая в одной из ежедневных сборок 32-битной FreeNAS, которую я скачал и установил без проблем. С помощью FreeNAS я настроил систему, создал массив RAID 5 и скопировал несколько файлов с моего Mac и с ноутбука на новый сервер.”

Конечный продукт

Новый RAID-сервер в тостере состоит из следующих компонентов:

Материнская плата Jetway NC62;
2,4-ГГц двуядерный процессор AMD Athlon;
1 Гбайт памяти DDR2-800;
чипсет Nvidia NF-8200 MCP78s;
видеоконтроллер Nvidia с портами VGA и DVI;
два гигабитных сетевых порта с контроллером Realtek RTL-8211B;
два 9-контактных последовательных порта;
шесть USB-портов с разъёмами ещё для двух портов.

Нажмите на картинку для увеличения.

Материнская плата Jetway NC62 была взята по нескольким причинам. Самое важное то, что она имеет четыре порта SATA – это позволит собрать конфигурацию RAID 5. Мы хотели взять высокопроизводительный процессор x86, и насколько известно, процессоры AMD хорошо работают с файловыми серверами. Кроме того, автору просто нравится жёлтый цвет. Поскольку мы собирали файловый сервер без монитора, то совершенно не было необходимости подбирать высокопроизводительный видеоконтроллер Nvidia, и порт DVI был бы лишним. Чипсет Nvidia приглянулся потому, что у него хорошая репутация. Обилие портов USB и мультимедийных интерфейсов на файловом сервере не требуется, но они шли вместе с платой.

Мы использовали четыре 2,5″ жёстких диска Seagate на 5400 об/мин ёмкостью по 320 Гбайт и кэшем 8 Мбайт, в результате чего получилось аж 1,28 Тбайт. Добавив по $45 за диск, мы бы могли купить 500-Гбайт винчестеры и получить, в общей сложности, 2 Тбайт. Мы взяли внешний 12-В/110-Вт блок питания, как сказано выше.

Нажмите на картинку для увеличения.

Для крепления материнской платы и приводов используются алюминиевые направляющие. При использовании маленьких 2,5″ жёстких дисков легко найдётся место для 8-12 винчестеров.

Источники информации

“У меня было в наличии несколько внешних блоков питания для моего проекта, но с материнскими платами mini-ITX я работал не так много, и мне предстояло ещё многому научиться. Мне нужно было найти информацию о доступных материнских платах, о том, какие производители выпускают и продают такие платы, и где я могу их купить. Предпочтительнее казался вариант найти локального поставщика в Калифорнии, нежели размещать заказ через Интернет. Изначально было непонятно, какой блок питания был бы самым лучшим, потому мне пришлось это выяснить.”

Найти подходящую материнскую плату и блок питания оказалось совсем не просто. Есть множество маленьких материнских плат, но многие из них оснащены всего лишь одним или двумя портами SATA. Ещё труднее подобрать под материнскую плату блок питания. Чтобы найти подходящий внешний блок питания, пришлось прочитать много самой разной литературы.

Журналы

“Рекомендую почитать следующие журналы (на английском): “Embedded Computing Design” “PC/104 and Small Form Factors” и “Linux Journal”. Там есть реклама и статьи всех ведущих производителей одноплатных компьютеров. Особенно мне помог “Embedded Computing Design” за август 2008 года, где представлена исчерпывающая информация обо всех производителях и поставщиках. Есть ещё множество других хороших источников информации в печатном виде и в Интернете, но я рекомендую начать именно с этих трёх изданий. Благодаря им, я нашёл подходящие компоненты, необходимые для сборки хорошего RAID-сервера в тостере.”

Нажмите на картинку для увеличения.

Web-сайты поставщиков оборудования

“Журналы помогли мне сузить круг производителей и поставщиков, а также моделей материнских плат и блоков питания, необходимых мне для сборки нового RAID-сервера в тостере. Затем я обратился к web-сайтам, чтобы узнать подробности о соответствующих продуктах. К числу самых полезных и информативных сайтов можно отнести следующие:”

Pollywell Computers: там я купил материнскую плату, блок питания, процессор и память для нового RAID-сервера в тостере.
Portwell: предоставляет большое разнообразие материнских плат mini-ITX.
Jetway Compter: производит материнские платы, одна из которых стала предметом этой статьи.
Сайты компаний AMD, Intel и VIA предоставляют информацию о платах форм-фактора mini-ITX. VIA производит также платы nano-ITX и pico-ITX.
General Electric Fanuc является совместным предприятием GE и Fanuc. Оно предоставляет широкий ассортимент промышленных одноплатных компьютеров, но, к сожалению, в продуктах нет множества портов SATA и гигабитного порта LAN, необходимых для устройств хранения данных, зато я в очередной раз воспользовался тостером General Electric. И всё же сайт довольно интересный.
Kontron предоставляет широкий выбор материнских плат mini-ITX.
Mini-box.com продаёт разнообразные материнские платы AMD, Intel и VIA в форм-факторе mini-ITX, а также предоставляет блоки питания.
Mini-ITX.com является новостным и информационным порталом о mini-ITX и других системных платах малого форм-фактора. На сайте можно купить платы mini-ITX, блоки питания, корпуса и прочие аксессуары. Здесь есть полезная информация о доступных блоках питания. На сайте есть раздел о сумасшедших проектах с использованием маленьких материнских плат, включая сборку компьютеров в тостерах, коробках из-под сигар, вафельницах и т.д.
Logic Supply – ещё один поставщик плат mini-ITX. Предоставляет большое разнообразие материнских плат от основных производителей. Там есть VIA NAS 7800-15LST – единственная плата mini-ITX с восьмью портами SATA, которую мне удалось найти. На сайте представлена большая коллекция внешних блоков питания.
Trenton Technology предоставляет интересную подборку одноплатных компьютеров PICMG. Ни один из этих продуктов не подходит под систему RAID 5 в тостере, но все продукты сами по себе интересны. Этот сайт мне очень помог.
Mobile Computing Solutions и Global American предоставляют огромное разнообразие продуктов mini-ITX и соответствующих аксессуаров.

В процессе работы над своим проектом, я нашёл несколько интересных сайтов, которые не имеют прямого отношения к сборке файлового сервера в тостере. Тем не менее, эти сайты заслуживают внимания.

Кто-то написал статью о тостере в отсеке ПК. Обман раскрывается не сразу.
Множество статей написано о проектах моддинга корпусов на сайте mini-ITX.com (раздел “Projects”), включая сборку маленького десктопа в привлекательном ретро-тостере.
Статья “If PCs Were Toasters” с юмором повествует о том, что известные компании могли бы сделать с тостером.
Об использовании сетевого тостера для взлома ПК.
Разговор ноутбука HP и тостера под Новогодней ёлкой.

Заключение

Формат mini-ITX существует уже давно, и вот он, кажется, вступил в свои права. Этот и другие форм-факторы маленьких компьютеров и одноплатных систем действительно стали популярными. Многие производители предоставляют интересные решения. Возможности материнских плат малого форм-фактора ограничены только их размером, поскольку на плату mini-ITX обычно помещаются только один-два модуля памяти, один CPU и, возможно, слот PCI Express. Однако они могут работать с системной шиной, процессором и памятью с такими же скоростями, которые не уступают параметрам больших материнских плат. Сейчас существует много возможностей для создания новых, разнообразных и креативных компьютерных систем с использованием маломощных материнских плат малого форм-фактора.

Грядущие планы насчёт RAID-систем в тостерах

Во время работы над проектом сборки этой системы, возникло несколько альтернативных вариантов конфигураций материнских плат и приводов, которые можно было бы использовать. Доступны 2,5″ жёсткие диски гораздо большей ёмкости, и с дополнительными затратами можно было бы собрать сервер с дисковым пространством в 2 и более терабайт. На рынке присутствует несколько интересных маленьких материнских плат, на которых можно было бы собрать хороший файловый сервер.

Материнская плата pico-ITX

Материнская плата pico-ITX компании VIA кажется интересным решением, и хотелось бы собрать на ней очень маленькую RAID-систему в тостере. Данная плата предоставляет всего один порт SATA, но, возможно, этот недостаток получится обойти. Да и можно достать твёрдотельные накопители по разумной цене.

Процессор Atom на плате mini-ITX и автомобильные решения

Новый маломощный процессор Atom от компании Intel тоже выглядит привлекательно, доступны материнские платы Atom с четырьмя портами SATA. Маломощные системы, процессоры GPS, модемы 3G, интерфейсы автомобиля и современные стандарты беспроводной связи – всё это позволяет разрабатывать интересные и мощные автомобильные компьютерные системы по разумным ценам.

VIA 7500 с пятью портами Ethernet; 7800 с восьмью портами SATA

VIA NAB 7500-15DVB Network Appliance Development Board имеет четыре порта SATA и пять портов Ethernet. Такое количество сетевых портов позволяет создать хороший сетевой файловый сервер. VIA NAS 7800-15LST NAS оснащена восьмью портами SATA и предоставляет возможность добавить ещё четыре. Такую плату можно использовать для сборки RAID-сервера в тостере с огромным дисковым пространством.