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Que se passerait-il si les appareils USB demandaient plus de puissance que ce que le concentrateur peut fournir ?

Je vais acheter un hub USB 3.0 7 ports et connecter 7 disques durs portables à celui-ci afin de construire un dispositif RAID 6. Le hub est livré avec un port amont micro-USB 3.0 de type B, ainsi qu'un adaptateur d'alimentation auxiliaire évalué à 5V 2A (connecteur micro-USB 2.0 de type B).

Concentrateur USB

Chaque disque dur de 2,5 pouces peut facilement consommer 5V 0,9A, ce qui est le maximum pour un seul port USB 3.0. Et maintenant je vais connecter les 7 disques durs à tous les ports disponibles.

Mes questions sont les suivantes:

  1. L'alimentation provenant du port USB amont (0,9A) et du port auxiliaire (2,0A) sont-elles combinées? Je suis confus, car je peux toujours brancher un autre hub sur celui-ci et mettre en cascade ce réseau USB -- et ce hub peut être auto-alimenté ou alimenté par l'hôte. Comment se fait la circulation de l'alimentation dans ce cas? insérer la description de l'image ici
  2. Si un disque dur de 2,5 pouces reçoit moins que l'alimentation requise (2A / 7 = 286mA), fonctionnera-t-il à une vitesse inférieure ou ne fonctionnera-t-il pas du tout? Essaye-t-il de tirer plus de courant et de surcharger l'adaptateur 5V 2A?
  3. Est-ce que je peux remplacer l'adaptateur d'alimentation d'origine par des adaptateurs de courant plus élevés, par exemple 5V 10A?

101voto

gronostaj Points 50460

C'est une terrible idée; ne fais pas ça!

Avec l'électronique, la puissance totale en entrée est toujours égale à la puissance totale en sortie. Vous avez deux sources d'alimentation: jusqu'à 2 A provenant de l'alimentation électrique et 0,9 A provenant du port amont, soit un total pouvant atteindre 2,9 A. Que se passe-t-il si les lecteurs essaient de consommer plus que cela?

  • Si l'alimentation est de bonne qualité, elle ne fournira pas plus que ses 2 A nominaux et (au moins certains) lecteurs ne démarreront pas ou s'arrêteront brusquement.
  • Si l'alimentation n'est pas fiable, elle prendra feu.

Avec des concentrateurs en chaîne:

  • Si les concentrateurs ont une diode qui empêche la rétroalimentation, les choses deviennent confuses: l'alimentation du premier concentrateur alimente tous les concentrateurs de la chaîne, mais le dernier n'alimente que le dernier concentrateur. C'est très peu fiable.
  • S'ils n'en ont pas, toutes les alimentations sont partagées entre tous les concentrateurs. Ce serait préférable.

De plus, les HDD consommeront significativement plus que le courant nominal pendant un moment lorsqu'ils démarrent. Et ils démarrent dès qu'ils sont alimentés, c'est-à-dire simultanément. Les serveurs gèrent cela en démarrant les lecteurs un par un à intervalles. Vous ne pouvez pas le faire ici car vous n'avez pas de contrôleur de lecteur avancé; chaque lecteur en a un dans son adaptateur SATA vers USB intégré. Des alimentations plus puissantes amélioreront les choses, mais cela restera très peu fiable.

Mis à part les problèmes d'alimentation, c'est toujours une terrible idée

Je ne sais pas comment vous avez l'intention d'utiliser ce RAID particulier, mais il est fondamentalement défectueux.

Le RAID n'est pas une sauvegarde, le RAID est une question de fiabilité. Si vous souhaitez vous protéger contre la perte de données, le RAID n'est pas ce dont vous avez besoin. Donc je suppose que l'objectif de ce projet est la fiabilité et la disponibilité. Votre ensemble est très peu fiable, donc il ne remplit pas son unique objectif.

Une fois qu'un seul lecteur échoue ou est retiré de l'ensemble pour une raison quelconque, il doit être ramené dans l'ensemble et reconstruit. La reconstruction d'un seul disque de plusieurs To prendra des jours. Vous voulez utiliser des disques de 2,5", donc nous sommes probablement dans une plage de 500 Go - 5 To. Ces disques prendront entre trois heures et deux jours, probablement. Maintenant, considérez ceci:

  • Votre solution d'alimentation est douteuse
  • L'USB n'est pas destiné à une connexion permanente - les lecteurs se déconnectent accidentellement de temps en temps
  • Nous ne savons pas comment ce concentrateur gérera de nombreux lecteurs
  • Ces disques prennent beaucoup d'espace sur le bureau avec un enchevêtrement de câbles ou sont soigneusement empilés, prêts à être renversés
  • Aucun d'entre eux n'a été conçu pour fonctionner avec des vibrations multipliées par sept (les vibrations des lecteurs se propagent à travers le boîtier, le bureau, etc.)

Avec RAID 6 vous pouvez perdre deux lecteurs sans perte de données, y compris les lecteurs en attente de reconstruction. Compte tenu de ces problèmes, je ne serais pas surpris si vous perdiez des lecteurs plus rapidement que vous ne pourriez les reconstruire. Ce sera un désastre en attente de se produire.

Solution

Vous avez besoin d'un DAS (stockage direct). C'est un boîtier dans lequel vous pouvez mettre vos lecteurs, les configurer en tant qu'ensemble et les présenter comme un seul dispositif. Le RAID est entièrement géré par le DAS lui-même. Un NAS (stockage en réseau) est également une option, mais il sera disponible sur le réseau plutôt que directement attaché.

Les appareils DAS et NAS sont conçus en pensant à plusieurs lecteurs. Les problèmes d'alimentation sont déjà résolus pour vous, et les disques sont connectés à l'aide de connecteurs SATA et vissés (les disques de 3,5" sont préférables, mais vous pourriez opter pour des disques de 2,5" + adaptateurs si vous les préférez pour une raison quelconque). Il est recommandé d'utiliser des disques conçus pour les NAS.

Cela coûtera beaucoup plus cher, mais cela fonctionnera de manière fiable, ce qui est l'essentiel.

Vous pouvez réduire le prix en achetant des disques externes (ils sont moins chers que les internes) et en les retirant de leurs boîtiers USB ("désossage"). Mais vous pourriez perdre la garantie, obtenir des disques non certifiés pour les ensembles (problème de vibrations) et vous devez savoir quoi acheter: par exemple certains disques portables de 2,5" ont des ports USB soudés directement sur leur PCB, sans aucun port SATA.

Quelques marques populaires de DAS sont TerraMaster et Drobo.

TL;DR: Ne fais pas ça.

Si vous êtes limité par un budget serré, réduisez l'échelle et optez pour un DAS.

8voto

Austin Hemmelgarn Points 7834

Cela semble vraiment être un problème XY. Ce que vous essayez en réalité de réaliser, d'après les commentaires, est d'augmenter la capacité de stockage d'un serveur de fichiers de manière économique.

Le problème ici est que l'USB est horrible pour n'importe quelle situation où la fiabilité est importante, pour plusieurs raisons :

  • La distribution de l'alimentation sur l'USB est généralement problématique. Vous pouvez atténuer cela en n'utilisant que des hubs alimentés et des périphériques alimentés, mais cela ne résout pas les autres problèmes.
  • Le 'bus' est asymétrique d'un point de vue de la latence et de l'efficacité. Plus un élément est loin dans la chaîne de hubs, plus sa latence et son débit seront mauvais. Cela peut être atténué en utilisant une topologie d'arbre équilibré pour que tout soit au même niveau d'enrobage, mais ce n'est pas exactement trivial, surtout que les ports USB sur la plupart des ordinateurs sont en fait connectés à des hubs internes, et pas directement au contrôleur hôte, et ce n'est pas non plus bon marché.
  • Les connecteurs USB sont en fait plutôt instables mécaniquement. C'est en fait très important pour l'utilisation originale prévue de l'USB afin de ne pas endommager les ports lorsque vous trébuchez sur un câble, mais c'est très mauvais pour les systèmes de stockage où la fiabilité est nécessaire.
  • Il est très facile de déclencher un reset de bus par accident. Ce n'est pas un problème pour les périphériques d'entrée avec lesquels l'USB était censé être utilisé, mais c'est un problème sérieux pour les périphériques de stockage (voir des resets de lien pour les périphériques SCSI ou SATA est l'un des moments où vous commencez à remplacer le matériel si vous faites les choses correctement).
  • En raison du fonctionnement des normes MSC et UAS, vous devez réinitialiser tout le périphérique chaque fois que vous devez réinitialiser le bus, ce qui peut causer toutes sortes de problèmes de comportement lorsque vous traitez avec un array RAID de n'importe quel type.

Il existe quelques approches "correctes" pour cela en fonction de combien vous pouvez dépenser :

  • Envisagez d'obtenir des Multiplicateurs de ports SATA (essentiellement, ils sont comme des hubs USB pour les périphériques SATA). Vous aurez besoin de prendre en charge cela dans le système d'exploitation pour que cela fonctionne, mais c'est probablement l'option la moins coûteuse qui sera suffisamment fiable (mais ne chaînez pas les multiplicateurs de ports, cela fonctionne techniquement mais cela cause des problèmes de performance sérieux dans la plupart des cas).
  • Procurez-vous juste une véritable HBA SAS pour le serveur de fichiers. Les contrôleurs SAS fonctionnent très bien avec les disques SATA (ils doivent le faire) mais sont beaucoup plus efficaces que les contrôleurs SATA et ont généralement plus de ports (les petits en auront généralement 8). Si vous faites cela, mettez le système d'exploitation du serveur sur les connecteurs SATA de la carte mère. Si vous devez garder cela comme un système spécifique, c'est ce que je ferais.
  • Obtenez un système NAS dédié. Pour un bon, vous devriez envisager peut-être de dépenser 4 à 5 chiffres en termes de coût, mais il dépasserait probablement tout ce que vous avez, et serait presque certainement extensible bien au-delà de ce dont vous avez réellement besoin. FreeNAS est le système d'exploitation que je suggérerais ici (iXsystems, l'entreprise soutenant FreeNAS, propose des systèmes semi-personnalisés à un prix raisonnable et de qualité entreprise haut de gamme). De là, vous pouvez soit utiliser iSCSI pour étendre le stockage du serveur de fichiers, soit vous pouvez simplement utiliser le NAS directement.
  • Achetez une série de petits systèmes bon marché, mettez un gros dispositif de stockage dans chacun, puis mettez en place un système de fichiers en cluster. GlusterFS serait ma recommandation spécifique ici (tant que vous n'avez pas besoin de stockage vraiment rapide, vous pouvez assembler des nœuds GlusterFS individuels pour moins de 500 USD chacun). Cela vous donnera la meilleure évolutivité à long terme (il peut facilement aller dans la gamme des milliers de To sans problème, à condition que votre matériel de réseau soit bon), mais cela impose de significatives limitations sur les autres choix que vous pourriez faire concernant votre infrastructure. Je l'ai déjà fait moi-même avec à la fois des systèmes Intel NUC et des Raspberry Pi.
  • Déboursez probablement des centaines de milliers de dollars pour obtenir un SAN approprié. À moins que vous ne traitiez avec une grande entreprise, ne le faites pas, c'est généralement une perte d'argent.

4voto

Howard Hoffman Points 303

Le concentrateur, comme tout périphérique USB, est alimenté soit par le "bus" soit par lui-même.

Les périphériques sont énumérés normalement et apparaissent en configuration 0, où aucune interface n'est implémentée et où la puissance est limitée à 100 mA.

Le système d'exploitation ne peut activer que les configurations nécessitant une puissance plus élevée si le budget de puissance le permet.

Un concentrateur USB 1.1 ou 2.0 alimenté par le bus demande 500 mA pour sa configuration en cours, ce qui est suffisant pour fournir 100 mA à lui-même et à quatre appareils aval (c'est pourquoi les concentrateurs USB ont toujours quatre ports), et les appareils aval ne sont alimentés que si cette demande a été acceptée.

Un concentrateur USB autoalimenté demande 4 mA, ce qui est pratiquement une valeur symbolique - cette configuration consomme moins d'énergie que la configuration inactive, donc elle est toujours dans le budget de puissance. Le concentrateur doit refuser le changement de configuration si l'adaptateur secteur n'est pas connecté.

Les concentrateurs offrent à la fois des configurations autoalimentées et alimentées par le bus, et le système d'exploitation les essaiera tour à tour. Si l'adaptateur secteur n'est pas présent, la configuration autoalimentée est rejetée et le système d'exploitation vérifie si le budget de puissance est suffisant pour une configuration alimentée par le bus.

Ainsi, dans un arbre avec un nombre arbitraire de concentrateurs, il y a soit suffisamment de puissance pour tous les appareils, soit il y a un appareil pour lequel le système d'exploitation sait que le budget de puissance ne permet pas d'activer une configuration "en cours", ce qui provoque l'affichage d'un message dans l'interface utilisateur.

Un concentrateur USB 1.1 ou 2.0 à sept ports se compose de deux concentrateurs à quatre ports, l'un étant en aval de l'autre, donc une puissance insuffisante pour ce concentrateur laisserait quatre ports en aval complètement non alimentés et le système d'exploitation demanderait à l'utilisateur de brancher l'alimentation du concentrateur.

Avec l'USB 3.0, les chiffres changent un peu car il est désormais possible de demander plus de puissance, mais l'idée générale reste la même : si le budget de puissance ne le permet pas, les appareils ne seront pas activés.

Le concentrateur est conscient que le budget de puissance total pour ses ports en aval est de 2 A et rapporte ce fait au système d'exploitation. Le système d'exploitation refusera d'activer plus de disques que ne le permet ce budget, donc attendez-vous à ce que seuls quelques disques démarrent.

En théorie, les disques pourraient tenter de démarrer sans autorisation, ce qui serait une violation de la spécification USB. Ce qui se passe alors dépend de la limitation active de la puissance du port par le concentrateur. Je ne confierais pas de données à un disque qui ne peut pas attendre d'être explicitement basculé en configuration active.

4voto

Je pense que gronostay a raison avec son "TL;DR: Ne faites pas ça" pour des raisons fondamentales.

Cela dit, je suppose que vous pourriez simplement fournir votre propre 5V aux disques. Ignorez l'alimentation du concentrateur, coupez les câbles (ou mieux : connecteurs) des disques ouverts et connectez les broches VCC et GND à une alimentation 5V suffisante. Vous pouvez même fournir des interrupteurs simples pour les allumer séparément afin d'éviter une surtension initiale.

Il y a quelques détails auxquels d'autres pourraient répondre : avez-vous besoin d'une terre commune avec le concentrateur ? Quelle doit être la qualité de l'alimentation 5V (ondulation, précision de tension) ?

2voto

Rich von Lehe Points 121

Cela fait un moment que je n'ai pas travaillé avec la spécification USB, mais les appareils compatibles USB passent par une énumération de périphériques où l'hôte leur demande essentiellement combien de puissance ils auront besoin. Avant que l'énumération ne soit complète, ils sont autorisés à 100mA de courant. La demande de courant fait partie du processus de négociation. L'hôte USB de niveau supérieur gère la consommation totale de courant sur le bus et, selon ce que je comprends, il refusera les demandes de puissance d'un nouveau périphérique lorsque le budget ne le permettra pas. Lorsque le budget est épuisé, même des demandes modestes devraient être refusées. Quelqu'un d'autre peut confirmer si je me souviens correctement.

Dans le meilleur des cas (USB2.0), ils peuvent être autorisés jusqu'à 500mA, en fonction de qui d'autre se trouve sur le bus. Avec USB3.0, ce montant est passé à 900mA.

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