Awaria zasilania może w ciągu kilku sekund doprowadzić do zatrzymania serwera, przerwania pracy aplikacji, uszkodzenia systemu plików, a w skrajnym przypadku także do utraty danych. Problemem nie jest wyłącznie całkowite odcięcie energii. Równie groźne mogą być krótkotrwałe zaniki napięcia, przepięcia, wahania parametrów sieci elektrycznej czy wielokrotne restarty infrastruktury.
Dlatego ochrona serwera przed skutkami awarii zasilania powinna być wielowarstwowa. Sam UPS może zapewnić czas potrzebny na podtrzymanie pracy urządzenia, ale nie rozwiązuje wszystkich problemów związanych z zapisem danych. W nowoczesnych serwerach stosuje się więc kilka uzupełniających się mechanizmów. Można potraktować je jako kolejne „linie obrony”:
-
UPS zabezpiecza cały serwer,
-
BBU chroni dane znajdujące się w buforze kontrolera RAID, a
-
technologia PLP zabezpiecza dane oczekujące na zapis bezpośrednio w pamięci SSD.
Dlaczego awaria zasilania jest zagrożeniem dla serwera?
Serwer wykonuje jednocześnie wiele operacji zapisu. System operacyjny aktualizuje pliki, aplikacje zapisują informacje w bazach danych, a użytkownicy przesyłają dokumenty. Nie wszystkie operacje są jednak w danym momencie fizycznie zapisane na nośniku.
Część danych może znajdować się w pamięci operacyjnej, buforach kontrolera RAID lub pamięci podręcznej dysku. Jeżeli zasilanie zostanie nagle odcięte, urządzenie może nie mieć możliwości dokończenia rozpoczętej operacji. W efekcie pojawia się ryzyko uszkodzenia danych, niespójności bazy danych czy systemu plików.
Kontrolowane wyłączenie serwera pozwala systemowi zamknąć aplikacje, opróżnić bufory i prawidłowo zakończyć operacje zapisu. Nagła utrata energii pozbawia go tej możliwości.
Ochrona danych nie kończy się jednak na zabezpieczeniu zasilania. Niezbędne są również kopie zapasowe, najlepiej przechowywane niezależnie od podstawowej infrastruktury. Backup pozwala odzyskać informacje w przypadku poważnego uszkodzenia sprzętu, błędu administratora czy cyberataku.
Pierwsza linia obrony - UPS
Podstawowym elementem zabezpieczenia serwera jest UPS, czyli zasilacz awaryjny. Jego zadaniem jest podtrzymanie zasilania urządzeń w przypadku zaniku napięcia oraz ochrona przed niektórymi problemami występującymi w sieci elektrycznej.
UPS nie jest wyłącznie baterią. W zależności od konstrukcji może również stabilizować napięcie i filtrować zakłócenia. W przypadku awarii sieci przełącza urządzenia na zasilanie z akumulatorów, dzięki czemu serwer może nadal pracować przez określony czas.
Czas podtrzymania powinien być wystarczający przynajmniej na bezpieczne zamknięcie systemu. W większych środowiskach UPS może współpracować z agregatem prądotwórczym, pozwalając utrzymać działanie infrastruktury podczas dłuższej awarii.
Przy wyborze UPS trzeba uwzględnić moc pobieraną przez serwer, wymagany czas podtrzymania, rodzaj obciążenia oraz możliwość komunikacji z serwerem. Istotna jest również opcja automatycznego wyłączenia systemu po określonym czasie.
Przy wyborze konkretnego rozwiązania pomocny może być ranking UPS serwerowych, w którym można porównać urządzenia i zwrócić uwagę na parametry istotne z punktu widzenia infrastruktury serwerowej.
Druga linia obrony - BBU i kontroler RAID
UPS zabezpiecza cały serwer, ale nie eliminuje ryzyka utraty danych znajdujących się chwilowo w pamięci podręcznej kontrolera RAID. Kontroler wykorzystuje cache do przyspieszenia operacji zapisu. Dane trafiają najpierw do szybkiej pamięci, a dopiero później są zapisywane na właściwych nośnikach.
W normalnych warunkach poprawia to wydajność. W momencie nagłej utraty zasilania pojawia się jednak pytanie: Co stanie się z danymi, które znajdowały się w cache i nie zostały jeszcze zapisane na dyskach?
Tutaj zastosowanie znajduje BBU (Battery Backup Unit). Jest to bateria podtrzymująca zasilanie pamięci podręcznej kontrolera RAID. W przypadku awarii pozwala zachować znajdujące się w niej dane do czasu przywrócenia energii.
BBU tworzy więc kolejną warstwę ochrony. UPS zapewnia zasilanie całemu serwerowi, natomiast BBU zabezpiecza dane znajdujące się w cache kontrolera RAID. Rozwiązania te nie zastępują się wzajemnie, lecz uzupełniają.
Trzecia linia obrony - technologia PLP w SSD
Kolejnym miejscem, w którym mogą znajdować się dane oczekujące na zapis, jest sam dysk SSD. Nowoczesne nośniki wykorzystują pamięci podręczne i mechanizmy optymalizujące zapis. Oznacza to, że potwierdzenie wykonania operacji przez system nie zawsze oznacza, że wszystkie informacje zostały już trwale zapisane w pamięci NAND.
W tym miejscu szczególnego znaczenia nabiera technologia PLP, czyli Power Loss Protection. Jej zadaniem jest ochrona danych znajdujących się w pamięci podręcznej SSD w momencie nagłej utraty zasilania.
Dysk wyposażony w PLP posiada dodatkowe elementy magazynujące energię, które w przypadku zaniku napięcia pozwalają kontrolerowi SSD dokończyć krytyczne operacje i zapisać dane w pamięci nieulotnej. Zmniejsza to ryzyko utraty danych oraz uszkodzenia struktur logicznych nośnika.
Jest to szczególnie istotne w zastosowaniach serwerowych, gdzie SSD pracują pod dużym obciążeniem. Przy wyborze nośników nie warto więc kierować się wyłącznie pojemnością czy szybkością odczytu i zapisu. W środowisku biznesowym równie ważne są mechanizmy zapewniające integralność danych.
Warstwy ochrony działają razem
Największą zaletą wielowarstwowego podejścia jest to, że poszczególne mechanizmy chronią różne elementy infrastruktury:
-
UPS znajduje się na najbardziej zewnętrznym poziomie. Chroni cały serwer przed skutkami zaniku zasilania i daje czas na kontynuowanie pracy lub kontrolowane wyłączenie urządzenia.
-
BBU działa bliżej warstwy danych. Chroni pamięć podręczną kontrolera RAID, w której mogą znajdować się dane oczekujące na zapisanie na dyskach.
-
PLP zabezpiecza jeszcze niższą warstwę - pamięć podręczną samego SSD. Pozwala ograniczyć ryzyko utraty danych w trakcie zapisu bezpośrednio na nośnik.
Jeżeli UPS podtrzyma pracę serwera, większość problemów można wyeliminować już na pierwszym poziomie. Jeżeli jednak dojdzie do nagłego odcięcia zasilania, BBU i PLP mogą zabezpieczyć dane znajdujące się w buforach poszczególnych komponentów.
A co z backupem?
Nawet najlepsze zabezpieczenia zasilania nie zastępują kopii zapasowych. UPS, BBU i PLP ograniczają skutki awarii zasilania, ale nie chronią przed wszystkimi możliwymi przyczynami utraty danych.
Usunięcie pliku przez użytkownika, awaria wielu dysków, uszkodzenie kontrolera RAID, ransomware czy poważne uszkodzenie serwera mogą sprawić, że dane przestaną być dostępne mimo prawidłowego działania systemów ochrony zasilania.
Dlatego firmowa infrastruktura powinna korzystać z kilku niezależnych mechanizmów. Backup powinien być wykonywany regularnie, a jego kopie warto przechowywać w sposób ograniczający ryzyko jednoczesnego uszkodzenia danych produkcyjnych i kopii zapasowej. Ważne jest również okresowe testowanie procesu odtwarzania.
Jak zbudować bezpieczne środowisko serwerowe?
Ochrona przed awarią zasilania powinna być projektowana jako cały system, a nie pojedyncze urządzenie. W podstawowym środowisku dobrym punktem wyjścia jest UPS odpowiednio dobrany do poboru mocy serwera. Następnie warto sprawdzić, czy kontroler RAID posiada zabezpieczenie pamięci podręcznej, np. BBU lub rozwiązanie o podobnym działaniu.
Kolejnym krokiem jest wybór serwerowych dysków SSD wyposażonych w mechanizmy ochrony przed utratą zasilania, takie jak PLP. Całość należy uzupełnić regularnym backupem i procedurą bezpiecznego wyłączania serwera.
W większych firmach można dodatkowo zastosować redundantne zasilacze, dwa niezależne tory zasilania, dodatkowe moduły UPS oraz agregat prądotwórczy. Dzięki temu pojedyncza awaria nie musi powodować zatrzymania całej infrastruktury.
Ochrona danych zaczyna się przed awarią
Awarii zasilania nie da się całkowicie wyeliminować, ale można znacząco ograniczyć jej konsekwencje. Najważniejsze jest odpowiednie rozłożenie zabezpieczeń pomiędzy poszczególne elementy infrastruktury.
UPS chroni cały serwer i zapewnia czas na reakcję. BBU zabezpiecza dane znajdujące się w pamięci podręcznej kontrolera RAID. PLP ogranicza ryzyko utraty danych oczekujących na zapis w pamięci SSD. Backup natomiast pozwala odzyskać informacje nawet wtedy, gdy zawiodą pozostałe mechanizmy.
Ochrona serwera nie powinna więc opierać się na jednym rozwiązaniu. Najbezpieczniejsze jest zaprojektowanie wielowarstwowego systemu, w którym kolejne mechanizmy zabezpieczają dane na różnych poziomach - od zasilania, przez kontroler RAID, aż po pamięć masową i kopie zapasowe.
