RAID 0 из SSD: Два Kingston HyperX 3K 240 Гбайт против HyperX 3K 480 Гбайт

⇡#Создание массива RAID 0 на базе Intel RST

Компания Intel проделала большую работу с тем, чтобы сделать создание RAID-массивов в платформах на базе её процессоров простой и прозрачной процедурой. На сегодняшний день драйвер Intel RST полностью ограждает пользователей от необходимости общения с BIOS RAID-контроллера и единственное, что необходимо сделать, чтобы получить возможность объединения SSD в массивы, — это переключить интегрированный в набор системной логики SATA-контроллер в RAID-режим через BIOS материнской платы.

Правда, здесь может возникнуть неприятность с операционной системой, которая после смены режима SATA-контроллера откажется загружаться и будет вываливаться в «синий экран». Причина состоит в том, что если при установке операционной системы RAID-контроллер не был включён, то необходимый драйвер деактивируется в ядре OC. Но в Windows 8 и 8.1 Microsoft предусмотрела достаточно простую процедуру решения проблемы без необходимости новой переустановки операционной системы, выполняемую через «безопасный режим». До смены режима SATA-контроллера (если система уже не стартует, но настройки SATA-контроллера в BIOS следует вернуть к первоначальным) необходимо открыть командную строку с правами администратора и выполнить команду bcdedit /set {current} safeboot minimal. Это запрограммирует старт OC в безопасном режиме, и при следующей перезагрузке можно будет беспрепятственно изменить режим SATA-контроллера в BIOS. Когда после активации RAID система загрузится в безопасном режиме, тип загрузки следует вернуть к обычному варианту, для чего в командной строке нужно выполнить команду bcdedit /deletevalue {current} safeboot. Больше встречи с «синим экраном» при старте возникать не должно.

Обладателям же Windows 7 перед сменой режима контроллера придётся повозиться серьёзнее, в этом случае без правки реестра не обойтись. Подробная информация по решению этой проблемы имеется на сайте Microsoft.

После включения режима RAID и внедрения в систему необходимых драйверов можно переходить непосредственно к формированию массива. Он создаётся средствами драйвера Intel RST.

В процессе создания массива в первую очередь требуется указать его тип. В нашем случае это RAID 0.

Второй шаг: нужно выбрать те накопители, которые необходимо включить в массив.

При желании также можно изменить и размер блоков, на которые разбивается записываемая информация для её распределения по SSD в режиме чередования. Впрочем, предлагаемое по умолчанию значение 16 Кбайт вполне подходит для массивов RAID 0 из обладающих очень низким временем доступа твердотельных накопителей, так что менять в общем случае нет никакого смысла.

И всё — массив готов.

Обратите внимание, несмотря на то, что два твердотельных накопителя Kingston HyperX 3K объединены в RAID 0, с их S.M.A.R.T.-диагностикой нет никаких проблем.

⇡#Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Windows 8.1, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Это значит, что в процессе прохождения тестов, как и при обычном повседневном использовании SSD, команда TRIM поддерживается и активно задействуется. Измерение производительности выполняется с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данными. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах, если не указано иное, используются рандомизированные несжимаемые данные.

Используемые приложения и тесты:

• Iometer 1.1.0 RC1

1. Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скорости выполняется в течение минуты, после чего вычисляется средний показатель.
2. Измерение скорости случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока используется в подавляющем большинстве реальных операций). Тест проводится дважды — без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скорости выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
3. Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скорости выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
4. Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скорости выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
5. Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке. На накопитель посылаются разноплановые команды, включающие как чтение, так и запись с различными размерами блоков. Процентное соотношение между разнородными запросами приближено к реальной десктопной нагрузке (75 % — операции чтения, 25 % — запись; 75 % — случайные запросы, 25 % — последовательные; 55 % — блоки размером 4 Кбайт, 25 % — 64 Кбайт и 20 % — 128 Кбайт). Тестовые запросы генерируются четырьмя параллельными потоками. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скорости производится в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.

• CrystalDiskMark 3.0.3

Синтетический тест, выдающий типовые показатели производительности твердотельных накопителей, измеренные на 1-гигабайтной области диска «поверх» файловой системы. Из всего набора параметров, которые можно оценить с помощью этой утилиты, мы обращаем внимание на скорость последовательного чтения и записи, а также на производительность произвольных чтения и записи 4-килобайтными блоками без очереди запросов и с очередью глубиной 32 команды.

• PCMark 8 2.0

Тест, основанный на эмулировании реальной дисковой нагрузки, которая характерна для различных популярных приложений. На тестируемом накопителе создаётся единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объем, и в PCMark 8 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.

⇡#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой Gigabyte GA-Z87X-UD3H, процессором Core i3-4340 и 4 Гбайт RAM DDR3-1600 МГц. Диски подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI или RAID. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 12.9.0.1001 и операционная система Windows 8.1 Enterprise x64.

Объем и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).

⇡#Участники тестирования

• Kingston HyperX 3K 240 Гбайт (SH103S3/240G, прошивка 5.07);
• Kingston HyperX 3K 480 Гбайт (SH103S3/480G, прошивка 5.07);
• Массив RAID 0 из двух накопителей Kingston HyperX 3K 240 Гбайт (SH103S3/240G, прошивка 5.07).

⇡#Производительность

⇡#Последовательные операции чтения и записи, IOMeter

Последовательные дисковые операции — это именно та среда, где лучше всего видно масштабируемость производительности RAID-массивов. Массив с чередованием оказывается значительно быстрее одиночных Kingston HyperX 3K объёмом 240 и 480 Гбайт как при последовательном чтении, так и при записи.

⇡#Случайные операции чтения и записи, IOMeter

А вот при случайном чтении такого же впечатляющего прироста в скорости, как в случае последовательных операций, не видно. Из приведённых на диаграммах результатов можно сделать вывод о том, что массив RAID 0 эффективен лишь тогда, когда из случайных операций формируется очередь.

Начать тут следует с того, что при измерении скорости случайной записи крайне невысокие результаты показывает Kingston HyperX 3K ёмкостью 480 Гбайт. Эта странная особенность этого накопителя обуславливается неприспособленностью старого контроллера SandForce второго поколения к созданию SSD большого объёма. Именно поэтому массивы RAID 0 из SSD небольшого объёма могут иметь значительно более высокую скорость, нежели одиночные флеш-диски аналогичной ёмкости. Между тем по сравнению с одиночным Kingston HyperX 3K 240 Гбайт массив, составленный из таких флеш-дисков, отнюдь не быстрее. Впрочем, особо расстраиваться по этому поводу не стоит: такая ситуация наблюдается исключительно при случайной записи.

Давайте теперь взглянем на то, как зависит производительность RAID 0 при работе с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов.

Приведённые графики служат ещё одной иллюстрацией к сказанному выше. Если при чтении RAID 0 демонстрирует более высокую скорость, чем одиночные твердотельные накопители, причём преимущество с ростом глубины очереди возрастает, то при операциях записи RAID 0 из Kingston HyperX 3K 240 Гбайт опережает лишь Kingston HyperX 3K 480 Гбайт. Один же Kingston HyperX 3K 240 Гбайт оказывается лучше массива.

Следующая пара графиков отражает зависимость производительности случайных операций от размера блока данных.

На самом деле, как оказывается, RAID 0-массив проигрывает по скорости записи одиночным накопителям, в него входящим, лишь в том случае, когда операции происходят 4-килобайтными блоками. Это и не удивительно. Как следует из графика, Kingston HyperX 3K 240 Гбайт оптимизирован под запросы размером 4 Кбайт, но RAID-контроллер в соответствии с выбранным нами размером страйп-блока преобразует их в 16-килобайтные запросы. К сожалению, использовать в массиве чередование 4-Кбайт блоков — далеко не самая выигрышная стратегия. В этом случае серьёзно возрастает создаваемая RAID-контроллером нагрузка на центральный процессор, и никакого реального прироста в скорости может и не оказаться.

В завершение рассмотрения результатов IOmeter предлагаем взглянуть на производительность накопителей при синтетическом моделировании тяжёлой смешанной дисковой активности, в котором одновременно и в несколько потоков воспроизводятся разные типы операций.

Массив RAID 0 из пары Kingston HyperX 3K 240 Гбайт показывает чуть более высокую скорость, нежели простой накопитель Kingston HyperX 3K 240 Гбайт. Однако Kingston HyperX 3K 480 Гбайт к смешанной нагрузке приспособлен ещё лучше — его результат выше. Впрочем, различие между тестируемыми конфигурациями в этом бенчмарке не носит принципиального характера.

⇡#Результаты в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark — это популярное простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями. И то, что выдаёт этот бенчмарк, несколько отличается от показателей, которые были получены нами в тяжёлом и многофункциональном пакете IOmeter, хотя с качественной точки зрения никаких кардинальных различий нет. Производительность RAID-массива с чередованием отлично масштабируется с точки зрения последовательных операций. Нет никаких претензий и к работе RAID 0 из Kingston HyperX 3K 240 Гбайт при случайном чтении. В этом случае прирост скорости по сравнению с одиночными SSD зависит от глубины очереди запросов, и, когда её длина достигает большой величины, RAID 0 способен выдавать существенно более высокую скорость. При произвольной же записи картина несколько иная. RAID 0 проигрывает одному Kingston HyperX 3K 240 Гбайт в тех случаях, когда операции не буферизируются, но увеличение глубины очереди запросов ожидаемо возвращает преимущество двухдисковой конфигурации.

Кроме того, CrystalDiskMark вновь обнажает проблемы с производительностью ёмкой модели Kingston HyperX 3K 480 Гбайт на операциях случайной записи, ещё раз подчёркивая преимущества RAID 0 в случае необходимости создания дисковых конфигураций значительного объёма.

⇡#PCMark 8 2.0, реальные сценарии использования

Тестовый пакет Futuremark PCMark 8 2.0 интересен тем, что он имеет не синтетическую природу, а напротив — основывается на том, как работают реальные приложения. В процессе его прохождения воспроизводятся настоящие сценарии-трассы задействования диска в распространённых десктопных задачах и замеряется скорость их выполнения. Текущая версия этого теста моделирует нагрузку, которая взята из реальных игровых приложений Battlefield 3 и World of Warcraft и программных пакетов компаний Abobe и Microsoft: After Effects, Illustrator, InDesign, Photoshop, Excel, PowerPoint и Word. Итоговый результат исчисляется в виде усреднённой скорости, которую показывают накопители при прохождении тестовых трасс.

В тесте PCMark 8, который моделирует работу в реальных приложениях, массив RAID 0 показывает примерно на 20-25 процентов более высокую производительность, нежели одиночные флеш-диски. По всей видимости, примерно на такое улучшение скорости работы и должны рассчитывать те энтузиасты, которых заинтересует предмет этого исследования.

Интегральный показатель PCMark 8 следует дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-дисками при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки.

Несмотря на то, что в синтетических тестах нам попадались ситуации, в которых массив RAID 0 оказывался медленнее одиночных накопителей, в него входящих, в реальной жизни такие ситуации, скорее всего, не возникнут. По крайней мере, PCMark 8 явно указывает на то, что в любом из популярных приложений RAID 0 работает быстрее. Уровень преимущества массива из пары Kingston HyperX 3K 240 Гбайт перед одним таким накопителем колеблется от 3 до 33 процентов. А у более ёмкой модификации Kingston HyperX 3K 480 Гбайт исследуемый RAID-массив выигрывает ещё сильнее.

⇡#Выводы

Итак, тестирование массива RAID 0, составленного из твердотельных накопителей показывает, что такая конфигурация имеет право на жизнь. Конечно, это не отменяет наличия у дисковых массивов их традиционных недостатков, но разработчики интегрированных RAID-контроллеров и драйверов проделали очень большую работу и добились того, что многие проблемы таких конфигураций отошли в прошлое. В целом же создание массива RAID 0 — это один из традиционных путей для повышения производительности дисковой подсистемы. Этот приём вполне работает и для SSD, объединение в массив пары дисков действительно позволяет нарастить как линейные скорости, так и быстродействие операций над небольшими блоками с глубокой очередью запросов. Так, в процессе тестов нам удалось получить для массива поистине впечатляющие показатели производительности последовательного чтения и записи, существенно превосходящие пропускную способность интерфейса SATA 6 Гбит/с. При этом твердотельные накопители максимального объёма, как мы увидели в тестах, не всегда обладают лидирующим уровнем быстродействия. Поэтому RAID 0-конфигурации могут быть востребованы и в тех ситуациях, когда стоит задача создания дисковой подсистемы большой ёмкости.

Надо сказать, что ранее к RAID из SSD мы относились с некоторой опаской, так как RAID-контроллеры блокировали использование команды TRIM, а также не давали наблюдать за состоянием входящих в состав массива накопителей. Однако на данный момент всё это осталось в прошлом, по крайней мере для контроллеров, встроенных в наборы системной логики компании Intel. Сегодня в RAID 0 нормально поддерживается TRIM, а драйвер позволяет свободно следить за S.M.A.R.T.-параметрами входящих в массив SSD.

Что же касается участвовавших в нашем тестировании накопителей Kingston HyperX 3K, то их 240-гигабайтные модификации показали себя вполне достойным выбором для создания RAID-массивов. Компания Kingston перевела их на более новую, 19-нм память компании Toshiba, и новый аппаратный дизайн позволил несколько улучшить быстродействие, не вызвав при этом никаких неприятных эффектов.

Пусть основанные на контроллерах SandForce накопители и кажутся далеко не самым свежим решением, но для RAID-массивов они подходят очень даже неплохо. С одной стороны, эти SSD всесторонне проверены и очень надёжны, а с другой — обладают весьма соблазнительной ценой. Что же до производительности, то составленный из двух SandForce-приводов дисковый массив уровня RAID 0, вне всяких сомнений, даст фору любой однодисковой конфигурации. Хотя бы потому, что быстродействие его последовательных операций не ограничивается полосой пропускания интерфейса SATA 6 Гбит/с.