ファイルのバックアップを考える5【外付けIEEE1394,USB2.0 ディスク編1】

['04/08/01] 初稿
■はじめに
■大容量ハードディスクのバックアップを考える
 内蔵ディスクのバックアップに関し,こちらのページに まとめた方法を採ることにより,運用方法としての完成形になったかに 思えました.要約すると,世代管理を行う必要があるものや別メディアに書き出したい データに関しては DDS3 テープに書き出し,日々のバックアップ(その時点のイメージの 作成)に関しては,外付け USB HDD に rsync を使用してミラー化するという方法です.

 しかし,その後こちらのページで解説したように, Linux でファイルサーバとして使用している Terminator TU (以下,TU1号機)の搭載する 内蔵ディスクを 250GB*3=750GB の構成にしたことから,より大容量のバックアップが 行うことが可能な体制を採る必要が生じました.また,MPEG2 形式の高画質かつ大容量で TV 録画を 行うようになったため,定期バックアップにおいて,常に大容量のデータ転送が行われる ようになりました.これは即ち,USB 1.1 で使用可能な 11Mbps という帯域では使い勝手 が大きく悪化することを意味します.その他 USB 1.1 で外部ディスクにバックアップを行う 際に発生していた,ロードの上昇に伴うマシンのパフォーマンスの低下も解決 したい事柄です.このような負荷が何時間も連続してかかり,その結果パフォーマンスの 著しい低下が長時間発生すると,かなりの精神的苦痛を感じます.

 そこで今回,TU1号機にIEEE1394および USB2.0 インターフェイスを追加したことを受け,これら 高速なインターフェイスを使用して,大容量データがバックアップ可能な体制を再構築しよう というのが本ページの趣旨です.

 改めて今回解決しようとしている事柄をまとめると,以下のようになります.

  • バックアップ用の大容量外付けストレージの実現
  • バックアップ速度の短縮
  • バックアップ中の負荷(ロード)の低減
  • 拡張性と汎用性を持たせ,今後さらにバックアップ対象が大容量化した際にも対応可能に
■外付けIEEE1394a,USB2.0ディスク
■挑戦者 SOTO-3.5iUB
 この外付け USB2.0 ディスク用ケースに関しては,こちらのページ で解説を行いましたので,ここでは詳しい説明を省略します.なお,当該製品は現在旧製品と なっています. 後継機種に関する情報はこちらのページを参照 してください.

挑戦者ブランドパッケージに入っています.直販サイトから購入しましょう

組み立てるとこのようになります.上部後ろのスイッチは電源スイッチです. 電源連動機能付きのため,このスイッチをONにしただけでは通電せず,USB に 給電開始されてはじめて電源が入ります.

電源ランプおよびアクセスランプは正面に配置されています.電源はACアダプタ から供給.

 MAXTOR製の 5400rpm IDE ディスクである 4A250J0を入れて使用していますが, 長時間使用すると両サイドのアルミ板がホカホカしてきます.また,使用開始当初は 『4A250J0は静か.SmartDrive は要らないかも』と,いう印象を持っていましたが, WesternDigital の WD2500JB-GV と比較すると,シーク音がかなりうるさく感じ られます…

■NOVAC 3.5"HDD はい〜るKIT Dual(NV-HD360W)
 NOVAC の 3.5"HDD はい〜るKIT Dual(NV-HD360W) は,IEEE1394a/USB2.0 のデュアルインターフェイス搭載型の 3.5inch IDE 外付け用 ケースです.同社からは,インターフェイスが USB2.0 または IEEE1394 のみのタイプや, SATA/USB2.0 のタイプ,NV-HD352W のような横置きでスタッカブルなタイプ等,多く の製品が出ています.私が NV-HD360W を購入した理由は,値段がわりと廉価であった ことや,やはり買うのであれば汎用的なインターフェイスを複数種類持っていた方が 使い回しが利くだろうとの考えからです.これから新規購入するのであれば,NV-HD352W の方がスペース効率上良いかもしれません(ただし,放熱の点で難有りとの意見もあり).

箱はかなりデカイです.2003年6月に9800円で購入.2004年7月現在,6千円台で 購入可能なようです.
この製品のウリは,USB2.0/IEEE1394a のデュアルインターフェイスであること. そして購入当時,対応状況が今ひとつ不明な商品が多かった中,137GB over の BigDrive 対応を明言していたことです.
商品仕様
内容物一式
電源は AC アダプタから供給
本体背面には,左(設置時には下側)からACアダプタ用コネクタ, IEEE1394ポート2つ(片側をPC側に接続し,片側はディジーチェーンで別機器を接続可), BタイプのUSBコネクタ,そして電源スイッチが配置されています.
本体を立てて使用するための台がネジ2本で止まっているため,これを外して背部から 基盤を抜き出します.このときにアクセスランプ用コネクタ(写真で言うと,アルミ製 の筐体から伸びている赤黒のケーブル先に繋がっているコネクタ)の長さにあまり余裕が無く, また,締まりが固いので,抜く際には充分注意
コントローラ基盤からはIDEケーブルと電源コネクタが出ています.制御チップは 裏側に実装.
MAXTOR 製の 5A250J0 を取り付け.ディスクはネジ2本で制御基盤が乗っている プラスチック製の板にネジ2本で固定
アクセスランプ用のコネクタを取り付け,
基盤&ディスクを筐体にはめ込んで台をネジ止めして…
完成.割とコンパクトですが,やや横幅を取るるため,設置時の 収まりが悪く感じられるかも.挑戦者 SOTO-3.5iUB と比較して『転びにくい』の ですが,それでも足にケーブルを引っかけたりすると,派手な音を立てて 容易にひっくり返ってくれます :-<

 5A250J0 を入れて使用していますが,アクセス音がかなり耳に付きます.ディスクの シーク音がやや大きいこともさることながら,PC ケースに取り付ける場合と比べて ディスクの固定が完全では無いこと,内部の空間が微妙であり,共鳴して太鼓のよう 効果が出ている 可能性もあるかと思います.また,長時間使用すると筐体がかなり熱を持ちます.

 やはり最近の MAXTOR 製品はアカンのかな….ちなみに メーカーの FAQページを読みますと,Western Digital 製等の一部のディスクは利用できない ようです.知らずにこの組み合わせで使う所でした…危ない,危ない.

■Century Good Face Twin
 今回,大容量ストレージの導入を検討している際に,色々な実現方法を考えました. その選択肢の1つとして,大容量のディスクをPC本体に内蔵する のを止め,外付けにシフトすることも検討しました.ディスクドライブを多数内蔵する のは止め,Terminator の電源負荷を軽減すると共に,スケーラビリティを持たせよう ということです.そしてその実現方法として,例えば IEEE1394 で複数台の ディスクを接続し,ソフトウエア RAID5 で使用して,ディスククラッシュに対して堅牢な システムを構築することを具体的な製品も含めて調査を行っていました.

 このような方法を使用すれば,例えば 250GB ディスク 4台を接続した場合,RAID5 で 実容量 750GB のディスク容量を持ったストレージが構築できます.

 そして使用する製品ですが,2つの選択肢があります.1つのは電源やケース, IEEE1394->IDE変換基盤を全て1つの製品としてパッケージングした製品.もう1つは, 変換基盤のみ購入し,ケースなどを含めたその他のパーツは汎用的なものを使用して 自分で組み上げる方法です.例えば こちらに紹介 されている製品は前者, 玄人志向 X4HD-1394 は後者に当たります.

 どちらも一長一短があります.前者はコストや拡張性(モデルによってはディスク 8台まで接続可能)にアドバンテージがある反面,使用されている電源によっては, その品質や騒音に関し,デメリットとなる要因を抱えています(例えば先に挙げた 製品では,発煙事故が発生したとのことで,扱っているショップが減ったようです).

 結局の所, 大容量ディスクを複数本内蔵することに落ち 着きました.やはり 24時間運転するため,常に動いているデバイスは少ない方が 良いだろうとの観点からの判断です.

 すると次はこれをバックアップするための デバイスを…と,いう本ページの話になるわけですが,ここで再び調査していた 上記の製品群が頭を過ぎりました.常時稼働しているストレージとしてではなく, 必要なときに動かすストレージとして利用しようということです.

 モンモンとしながら日本橋のショップをフラフラ周り,コスト的な妥協で前出の NOVAC の製品を1つ買い足すことで落ち着きかけていたのですが,商品陳列棚に, 調査中に導入を検討したことのある, Century のグットフェイスシリーズが並んでいました( グットフェイス Twinグットフェイス Quat )  商品を手にとっては戻し,手にとっては戻しをしばらく繰り返し,私服警備員に 不審者と勘違いされそうな行動をしばらく取った後,結局 グットフェイス Dual を購入 することにしました.理由は 2台のディスクが効率良く収まること,設置面積が少なくて 済むこと,そしてスタンダードモードで動作させることにより,内蔵した2台を別個に 扱えること等の理由によります.

 拡張性に関しては Quat の方が良いのですが,4台内蔵した際に放熱の心配が あること,IEEE1394aで接続した際には,スタンダードモードでは2台までしか使用 できないこと,USB2.0 では 250GB*4本 でのジョイントモードが動作しないという 報告が複数あったこと(後にファームウエアのアップで対応)等, 製品の完成度に不安を感じたため,導入を見送りました.

 なお,複数台のディスクを内蔵し,ジョイントモードで利用可能な製品は他にも ありますが,この場合は1台でも故障すると全ての領域が利用できなくなってし まいます.このような形態での運用は著しく故障率を引き上げることに 繋がるため,私はお勧めしません

箱は巨大.重さもそこそこ.2004年7月に PCワンズで15800円で購入
シルバーモデルとブラックモデルとありますが,シルバーモデルを購入.
2台内蔵可.USB2.0とIEEE1394aのデュアルインターフェイスです.
スタンダードモードは内蔵のディスクを別個のディスクとして利用するモードで, ジョイントモードは1台のディスクとして利用するモード.



仕様や注意事項など.
重要な情報や注意事項が小さな字で外箱に書かれている場合も あるので,じっくり読んで確認すべし.
例えばここに書かれていることから,ドライバ が不要=Mass Storage クラスのデバイスとして普通に Linux からも使えそうだという 話が見て取れる.なお,製造/販売会社がきちんとしているかも検討項目に入れておく 必要がある.名も知れぬ怪しげなメーカーの場合,トラブル発生時に泣き寝入りせざるを 得ない場合もありますから…
内容物一覧
電源は ACアダプタから.12[V] 4[A]までOKのようです.私の場合は必要性がありませんが, 240[V]までOKなので,海外でも使えます.
本体裏側.左から ACアダプタを接続するコネクタ,モード切替スイッチ,6pinの IEEE1394コネクタ,BタイプのUSBコネクタ.
モードは使用開始前に設定しておきましょう.この状態でスタンダードモード
筐体正面.通風を考慮し,穴を沢山開けているようです.
右側はアクセスランプを兼ねる電源LEDと電源スイッチ.電源スイッチはトグル式で ないため心細いかもしれませんが,電源OFF時はこれを3秒間押し続けなければ電源が 切れないため,事故は起きにくいでしょう.
ディスク取り付け時には,まずはネジ止めされているフロントのパネルを開けます.
中は至ってシンプルな構造.かなりスカスカです.
同梱されているディスク用マウンタをディスクに取り付ける.(今回は Western Digital 製の WD2500JB-GVを使用しました)
このように筐体内トレーにスライドさせて押し込みます.
2台入れるとこのような状態になります.なお,2台入れるときには,ディスクの 片側をマスター,片側をスレーブにジャンパ設定しておく必要があります.
やや窮屈ですが IDE ケーブルと電源を取り付け…
フロントパネルを再び取り付けて完成.筐体はアルミ製であり,放熱性を考えてか凹凸も あります.
筐体は2重構造になっており,ディスクをマウントする部分は制御基盤と共に スチール製の筐体に取り付けられ,アルミ製の外側筐体にネジ止めされる構造になっています. 左の写真はアルミ筐体から内部のそれを抜き出したもの.
制御基盤
制御基盤のアップ.各コネクタ,電圧変換回路(12V->5V ?)などもマウントされています.
変換チップとして,『優』と書かれたWorkbit社製 チップが使われています.
あ,IEEE1394の方をチェックするのを忘れてた…. Workbit社の製品では,IEEE1394&USB<->IDE変換をワンチップで行う製品は FireUSB-1しかなく, これは USB1.1にしか対応していないため,写真のチップは USB2.0変換のみを担当しているのだと思います.

 今回は,これまでずっと使用してきた MAXTOR製 ではなく,WesternDigital 製のディスク を使用しました.WD2500JB-GV だからということもありますが,アクセス音も含めて とても静かです.ただ難点は,ディスクがレールの上に乗っているだけという構造からか, やや共振している感じがすること.使用中は低周波数の音(『ブー』という音として知覚 できるのではなく,圧力を感じるという感じ)が出ている感じがします.とは言え,ウナリ があるわけでもなく,不快な 程ではありません.レールに共振防止のマットを引くと効果的かもしれません.

 発熱に関しては,長時間使用しても筐体はほんのり暖かくなる程度です.内蔵するディスク にも依ると思いますが,ファンレスでも充分冷却出来ているようです…と, 思っていましたが,とんでもない爆弾を抱えていました(後述)

■使用する
■パフォーマンスを見る
 Linux での IEEE1394/USB2.0インターフェイスやデバイスの利用方法に 関しては,こちらを参照して下さい.

 それではまず,NOVAC 製の外付けケースを使用し, USB2.0,IEEE1394それぞれのインターフェイスによるスピードの差を見てみましょう.内蔵 したディスクは前述の通り,MAXTOR 5A250J0 です. USB2.0+IEEE1394-PCI を使用し, Kernel 2.4.26 の環境で計測しました.

表:NV-HD360W 利用時の転送速度
接続インターフェイス Timing buffer-cache reads [MB/sec] Timing buffered disk reads [MB/sec]
USB2.0 185.51 12.80
IEEE1394 185.51 22.38

 同一ディスクを使用した場合でも,明らかにIEEE1394の方が高速です.変換チップ の性能にも依ると思いますが,少なくとも本製品を使用する場合は,IEEE1394を使用 した方が快適だと言えましょう.

 以下は,インターフェイスカードを GIU2-PCI に交換し,Centuryの外付けケース および挑戦者の外付けケースを使用した場合のパフォーマンスです.

表:GIU2-PCI+Good Faith Twin, SOTO-3.5iUB 利用時の転送速度
接続インターフェイス ディスク構成 Timing buffer-cache reads [MB/sec] Timing buffered disk reads [MB/sec]
USB2.0 SOTO-3.5iUB+ 4A250J0 120.75 13.70
IEEE1394a Good Faith Twin + WD2500JB-GV
(Master? 先に認識される側)
130.61 19.69
IEEE1394a Good Faith Twin + WD2500JB-GV
(Slave? 後に認識される側)
134.74 19.57

 こちらの結果からも,やはり USB2.0 よりも IEEE1394 の方が高速だと言えそうです. また,構成が異なるため参考程度に考えて欲しいのですが,USB2.0+IEEE1394-PCI の USB2.0 よりも,GIU2-PCI の USB2.0 の方が,Linux で使用した場合でも 若干高速 であることが示されました.そして IEEE1394a のパフォーマンスですが,Good Faith Twin の方が NV-HD360W よりもパフォーマンスが若干悪いように見えます. しかし,ディスクは内周よりも外周の方が高速になるため,ディスクがどの程度使用 (容量)されているかによって結果が変ってきます.後者の Good Faith twin は フォーマット直後に計測を行ったため,前者と比較して数値が落ちている可能性が 否めません.

 また,余談ですが,当初 IEEE1394 の箱に内蔵したディスクの認識順がコロコロと 変ったらどうしよう…と,心配をしていたのですが,これは杞憂に終わりました.常に1台 目(マスター)側は IEEE1394 接続の1台目のディスクとして認識されるようです.

 ちなみに SOTO-3.5iUB+4A250J0 は,TU1号機のオンボード USB1.1 で使用した 際にはこちらのページにまとめたように, 約 1[MB/sec] 程度の速度しか出ませんでした.このこと考えると,USB 2.0 接続に 変更したことにより,13倍以上ものパフォーマンスアップが図られたことになります.

■マシン負荷に関して
 TU1号機に SOTO-3.5iUB+4A250J0 を接続してバックアップを行うと,一時的に ロードが 10 を大きく超えることもあり,使い勝手を大きく損ねていました.

 そこで今回, この問題が改善するのか,改善するとしたらどの程度改善するのかに関して 大きな期待を持って調査しました.その結果,USB1.1 ではロードの最高値が 15 前後で あったものが,接続を USB2.0 に変更するだけで,ロードが平均で 3 前後,最高でも 5 程度 に収まるようになりました.以前は『今,USB1.1 でバックアップ中だな』と明らか に分かる程のパフォーマンスの低下を来たしていましたが,現在は全くと言って良い ほど感じません.測定環境の違い(kernelのバージョン等)も若干影響しているとは 思いますが,インターフェイスを USB 2.0 に変更したことにより,負荷が大きく 低減していると考えて問題ないと思います.

 次に IEEE1394 利用時の負荷ですが,こちらはさらに低く,例えばフォーマット中 であってもロードは 2 以下です.この違いは,USBは 利用時は CPU で諸々の処理を行うことが多いが,IEEE1394 はチップ側でかなりの 処理を行うため,結果的にマシンに対負荷が低減されることに起因するものと言える と思います.即ち,USB 2.0 よりも IEEE1394 を使用する方が,マシンの負荷は 低いと言って良いと思います.

■まとめ
 最終的に SOTO-3.5iUB+4A250J0 を /dev/hda として使用している 250GB のバックアップ に使用し,GoodFaith Twin に内蔵した 250GB ディスク2台をそれぞれ /dev/hdb, /dev/hdc のバックアップに充てることにしました.これで常時動いているディスクは 250GB の3本で 750[GB]になりますが,バックアップ中に動いているディスクは合計6本,合計容量 1.5[TB] という構成になりました.数年前には予想しなかったようなディスク空間を,自宅の1台の マシンに接続したことになります.

 USB1.1 でバックアップ用ディスクを接続していた頃は 『ちょっと面倒だな』と感じていたバックアップ作業も,インターフェイスの高速化に伴って あっという間に終わるようになり,最近は少し空いた時間に気軽に行うようになりました. このことから, 『出来る/出来ない』ではなく,道具の『使いやすい/使いにくい』が,実際に事を行うか 否かをを左右する大きなファクターであると再認識しました.

 改めて当初抱えていた問題の解決を図ることが出来たかを確認してみますと, 以下のようになります

    ・大容量の外付けバックアップストレージの実現
    →総容量 750GB のバックアップ容量を確保
    ・外付けインターフェイスの高速化
    →USB2.0,IEEE1394を使用することにより,実効速度で13倍以上もの高速化が図れた
    ・バックアップ時の負荷(ロード)の低減
    →1/3以下に低減
    ・拡張性と汎用性を持たせ,今後さらにバックアップ対象が大容量化した際にも対応可能に
    →IEEE1394のディジーチェーンを行うことにより,今後さらなる大容量化にも容易に対応
 さて,次なる野望は,USB2.0 で接続されているディスクを,速度と負荷の面で メリットの大きい IEEE1394 接続に変更することです.収まりが良いので,Good Faith Twin をもう1台購入し,ディスクを2台積んでディジーチェーンで繋ごうかなぁと考え始めています. しかし,2台積めるのに1台しか使わないのは(バックアップ対象が 750GB なので,250GB*3 で充分)勿体ないかも…いっそ4台でRAID5化するか…などと目的と大きく異なる 明後日の方向に話が逸れていきそうで怖い今日この頃です.

 それにしても IEEE1394 接続のディスクは快適です.WD2500JB-GV を内蔵したせいも あり,バックアップ中にすぐ横で寝ていても問題ないくらい静かです.

 と,大変満足していたのですが,その後の調査で Good Faith Twin は深刻な問題 (内蔵したディスクの排熱が充分に行えない)を 抱えていることが発覚し,急遽 玄人志向 X4HD-1394 を購入してバックアップ用ディスク 一式をこちらにシフトしました. この顛末に関しては,別のページ で解説します.


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