Групповое тестирование HDD с интерфейсом SAS (10-15 тыс. об/мин)

Высокопроизводительные серверные накопители для решения ответственных задач редко попадают в поле зрения IT-изданий. Ничего удивительного, ведь мы в большей степени ориентируемся на массового покупателя, чем на системных администраторов и поставщиков серверного оборудования. Между тем проводить тесты серверных HDD даже важнее, чем тесты десктопных, – по нескольким причинам. Во-первых, из-за более высокой стоимости накопителей и более высокой чувствительности серверных задач к производительности. После массового распространения твердотельных накопителей различия между десктопными дисками перестали иметь большое значение, а в сервере замена HDD на SSD еще далеко не всегда целесообразна. Следующее обстоятельство вытекает из первого: HDD для десктопа или домашнего NAS вполне можно выбирать по базовым техническим характеристикам (объем, скорость вращения шпинделя, емкость пластин). В случае с серверным HDD многое зависит от оптимизации микропрограммы, которая проявляет себя в сложной нагрузке и, соответственно, требует специальных тестов, чтобы уловить эти особенности. Наконец, при больших масштабах вступает в игру такой параметр, как отношение производительности к энергопотреблению накопителя.

За последние несколько лет выбор жестких дисков корпоративного назначения, определенно, стал проще. Перестали производиться модели с интерфейсами Fibre Channel и SCSI. Накопители разделились на два класса: модели в форм-факторе 3,5 дюйма ограничиваются скоростью вращения 7200 об/мин, обладают интерфейсом SAS или SATA – на выбор и предназначены для хранения «холодных» данных (nearline storage). Диски со скоростью 10 000–15 000 об/мин пользуются интерфейсом SAS и в большинстве своем перешли в форм-фактор 2,5 дюйма (SFF – Small Form Factor), который позволяет увеличить количество шпинделей на юнит в стойке. Только у HGST еще остались накопители класса 15К в форм-факторе 3,5 дюйма и с портами Fibre Channel.

Nearline-дискам в конфигурации SATA мы уже постоянно уделяем внимание, а вот тест SAS/SCSI–накопителей впервые публикуется на 3DNews.

⇡#Участники тестирования

В сравнении приняли участие следующие устройства:

• HGST Ultrastar C10K1800 1,8 Тбайт (HUC101818CS4200);
• HGST Ultrastar C15K600 600 Гбайт (HUC156060CSS200);
• Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006);
• Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 Тбайт (ST1200MM0017);
• Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 600 Гбайт (ST600MP0035);
• Toshiba AL13SEB 900 Гбайт (AL13SEB900);
• Toshiba AL13SXB 600 Гбайт (AL13SXB600N);
• WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000DHTZ).

В противоположность жесктим дискам для настольных ПК и NAS, SAS-накопители не так сильно отличаются друг от друга. Все участники:

а) выпускаются в форм-факторе 2,5 дюйма с толщиной 15 мм;

б) обладают двумя портами SAS для повышения отказоустойчивости;

в) подготовлены для работы в режиме 24/7 в условиях телекоммуникационной стойки;

г) позволяют пользователю конфигурировать размер сектора для записи дополнительных метаданных;

д) характеризуются одинаковыми показателями надежности (MTBF, число циклов парковки головок);

е) продаются с пятилетней гарантией производителя.

Для тестирования были выбраны модели максимального объема в соответствующих линейках. Представлена продукция всех компаний, которые сегодня выпускают HDD, за одним исключением. Мы исчерпали все возможности получить на тест диск WD Xe (кроме как просто купить его за немалые деньги), а недавно эта марка и вовсе пропала с корпоративного сайта Western Digital – видимо, снимается с производства. В итоге из всех дисков со скоростью вращения шпинделя 10-15 тыс. об/мин у WD остался только VelociRaptor – по сути, производная от WD Xe, но с интерфейсом SATA. Чтобы WD хоть как-то была представлена в обзоре, мы включили VelociRaptor в число участников. Конечно, 100-процентной заменой SAS-накопителям его считать нельзя, однако масса серверов работает на SATA-накопителях, так что и VelociRaptor можно пустить в дело. Кроме того, если посмотреть с другой стороны, любой из дисков для SAS можно использовать в рабочей станции с соответствующим HBA (Host Bus Adapter) вместо VelociRaptor, что также оправдывает участие этого диска в сегодняшнем тесте.

* По данным «Яндекс.Маркета» на 31 марта 2015 г.

⇡#Описание участников тестирования

HGST Ultrastar C10K1800 1,8 Тбайт (HUC101818CS4200)

Это самый емкий диск в новейшей линейке десятитысячников HGST. Серия Ultrastar C10K1800 примечательна в нескольких отношениях. В моделях, наименование которых заканчивается на S420x, благодаря высокой плотности записи с применением форматирования секторами по 4 Кбайт (нативным или с эмуляцией 512-байтовых секторов) достигнута емкость 450 Гбайт на пластину. Поэтому диск вмещает до 1,8 Тбайт, а скорость последовательного чтения/записи вышла на уровень HDD класса 15 тыс. об/мин.

Остальная часть линейки состоит из дисков с разметкой по 512-528 байт, обладающих менее выдающимся быстродействием и объемом вплоть до 1,2 Тбайт.

Все модели в линейке C10K1800 имеют так называемый media cache. В нескольких местах на поверхности пластин выделены области, служащие энергонезависмым кешем. Вместо того чтобы нести данные к запрошенному сектору, записывающая головка диска сбрасывает их в ближайшую кеширующую область, а в простое диска они перемещаются на нужное место.

Между прочим, это самый дорогой диск в тесте, просто фантастически дорогой – в среднем 161 тыс. рублей в московских интернет-магазинах. А в Америке, кстати, намного дешевле – $800 на newegg.com.

HGST Ultrastar C10K1800 1,8 Тбайт (HUC101818CS4200)

HGST Ultrastar C15K600 600 Гбайт (HUC156060CSS200)

Единственная линейка 2,5-дюймовых дисков со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин в ассортименте HGST. Диски Ultrastar C15K600 одновременно обладают предельной на текущий момент скоростью последовательного чтения/записи и низкой латентностью. Физическое форматирование пластин выполняется секторами по 512-528 либо 4096-4224 байт (с нативным доступом или эмуляцией 512 байт). В тестировании участвует самая емкая модель в линейке – 600 Гбайт с секторами по 4 Кбайт.

HGST Ultrastar C15K600 600 Гбайт (HUC156060CSS200)

Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006)

Это довольно-таки старые диски – позапрошлого поколения по сравнению с актуальной линейкой Enterprise Performance 10K от Seagate. Поэтому производительность Savvio 10K.6 уже не передовая в данном классе. Форматирование пластин выполнено секторами по 512-528 байт. Впрочем, эти диски все еще есть в продаже, имеют неплохой объем (вплоть до 900 Гбайт) и относительно недороги.

Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006)

Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 Тбайт (ST1200MM0017)

Эта серия тоже успела формально устареть к моменту выхода теста, уступив место Enterprise Performance 10K HDD v8. От Savvio 10K.6 данные диски отличаются только повышенным до 1,2 Тбайт объемом, но это достигнуто путем увеличения числа пластин, а не плотности записи, поэтому в отношении заявленной производительности с предыдущим поколением разницы нет. Участвующая в тестировании модель ST1200MM0017 обладает встроенным шифрованием.

Seagate Enterprise Performance 10K HDD 1,2 Тбайт (ST1200MM0007)

Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 600 Гбайт (ST600MP0035)

Это актуальная линейка дисков Seagate со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин. Диски обладают разметкой секторов по 512-528 либо 4096-4224 байт (нативно или с эмуляцией 512 байт). Протестирован максимальный по объему (600 Гбайт) накопитель с 4-килобайтными секторами.

Seagate Enterprise Performance 15K HDD 600 Гбайт (ST600MP0035)

Toshiba AL13SEB 900 Гбайт (AL13SEB900)

По основным характеристикам это аналог Seagate Savvio 10K.6: 10 000 об/мин, объем вплоть до 900 Гбайт, форматирование секторами 512-528 байт. В этой серии Toshiba не предлагает дисков с встроенным шифрованием.

Toshiba 900 Гбайт (AL13SEB900)

Toshiba AL13SXB 600 Гбайт (AL13SXB600N)

В этой серии дисков со скоростью вращения шпинделя 15 000 об/мин модели с наименованиям вида AL13SXB**0N отформатированы с размером сектора 512-528 байт. Старшую из них мы взяли на тестирование. Модели с наименованиями вида AL13SXB**E* пользуются 4-килобайтными секторами, а кроме того, поддерживают интерфейс SAS 12 Гбит/с. Встроенное шифрование во всей серии AL13SXB отсутствует.

Toshiba 900 Гбайт (AL13SEB900)

WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000CHTZ/WD1000DHTZ)

По физическим данным VelociRaptor мало отличается от своего прообраза – WD Xe: те же 10 000 об/мин и практически такая же линейная производительность. VelociRaptor пользуется разметкой с Advanced Format (секторы по 4 Кбайт), а доступный пользователю объем выше, чем у аналогичных WD Xe (1 Тбайт в случае старшей модели).

Поскольку это диск с интерфейсом SATA, функционально он не является полным аналогом SAS-накопителей. В частности, о двухпортовом подключении, конфигурации размера сектора и встроенном шифровании можно забыть. Кроме того, SAS-диски обычно делают более надежными, что заметно при сравнении их показателя заявленного MTBF с оным у VelociRaptor. И все же с позиции производительности этот диск можно рассматривать как серверный десятитысячник для бедных. Существуют разновидности «ящера» с радиатором-переходником на форм-фактор 3,5 дюйма (DHTZ), равно как «голые» варианты размером 2,5 дюйма (СHTZ).

WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000DHTZ)

⇡#Методика тестирования

Изолированные тесты производительности

Выполняются с помощью Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт.

1. Последовательное чтение/запись данных блоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256.
2. Произвольное чтение/запись блоков от 512 байт до 2 Мбайт с глубиной очереди запросов 256.
3. Смешанное чтение/запись блоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Доля операций чтения и записи варьирует от 0 до 100% с шагом 10%.
4. Зависимость пропускной способности от длины очереди команд. Выполняется чтение блоков размером 4 Кбайт, глубина очереди запросов варьирует от 1 до 256 с шагом степени двойки. Аналогичный тест на запись блоков не проводится, т.к. по этому параметру жесткие диски не различаются.
5. Устоявшееся время отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 512 байт с глубиной очереди запросов 1. Тест продолжается в течение 10 мин.
6. Постоянство времени отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 4 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Для каждого отрезка теста продолжительностью 1 с записывается среднее и максимальное значение времени отклика, на основании которых вычисляются: а) средние значения обоих показателей; б) стандартное отклонение среднего времени отклика.
7. Многопоточное чтение/запись. Создаются четыре потока, выполняющие последовательное чтение/запись блоков размером 64 Кбайт с глубиной очереди запросов 1. Потоки имеют доступ к непересекающимся адресным пространствам объемом 100 Гбайт, которые расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная пропускная способность всех потоков, а также каждого из них в отдельности.

Тесты с эмулированной нагрузкой

Выполняются в Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт. Глубина очереди команд – 256.

Тестовый стенд

Накопители подключались к адаптеру LSI SAS 9211-8i, за который мы выражаем благодарностью российскому представительству компании LSI.

⇡#Производительность, основные тесты

Последовательное чтение/запись

• Диски со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин правят бал в тесте последовательного чтения/записи. Впрочем, в этой группе есть свой лидер — Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5.
• Ultrastar C10K1800 за счет высокой плотности записи не уступает накопителям категории 15К.
• А вот представленные десятитысячники мало различаются по скорости линейного доступа.

Произвольное чтение

• 15-тысячники и в этой дисциплине доминируют над своими низкооборотными собратьями.
• Разброс показателей внутри категорий HDD с одинаковой скоростью вращения шпинделя невелик. Можно выделить только HGST Ultrastar C15K600 как формального лидера в своей группе и VelociRaptor, явно уступающий аналогам.

Произвольная запись

• Результаты теста на произвольную запись оказались менее предсказуемыми, нежели в предшествующем тесте, поскольку определяются не только механикой HDD, но и характером использования буфера.

• Колоссальное быстродействие, совершенно недостижимое для конкурирующих устройств, продемонстрировал HGST Ultrastar C15K600.
• Два оставшихся 15-тысячника также имеют большое преимущество перед HDD с меньшей скоростью вращения шпинделя.
• Сами 10-тысячники составляют гомогенную группу, за исключением Ultrastar C10K1800. Он выходит далеко за рамки своего класса и уступает лишь диску C15K600 того же производителя. Вот он, хваленый media cache, в действии!

Устоявшееся время отклика

• Несмотря на то, что нагрузка продолжается в течение 10 минут, она не может полностью забить буфер на некоторых дисках, поэтому результаты для записи данных не отражают то, на что направлен этот тест, – латентность механики накопителя.
• Напротив, при чтении с длиной очереди в одну команду буфер — не помощник. В результате соперники выстроились в соответствии со скоростью вращения шпинделя (чем она выше, тем меньше время отклика). Существенной разницы между устройствами одной категории не обнаружено.

⇡#Производительность, расширенный анализ

Смешанное чтение/запись

• Диски категории 15К по-прежнему на высоте, за исключением Ultrastar C15K600, который особенно сильно просел при смешанной нагрузке.
• Ultrastar C10K1800 в очередной раз выделился среди своих аналогов. Из других десятитысячников отметим Toshiba AL13SEB. Все они примерно одинаковы при 100-процентном чтении или записи, но AL13SEB сохраняет наибольшую производительность при смешанной нагрузке.

Зависимость пропускной способности от длины очереди команд

• Все диски способны извлечь выгоду из длинной очереди команд и достигают пиковой пропускной способности при 64 командах. Только VelociRaptor довольствуется очередью в 32 команды.

Многопоточное чтение

• Большинство участников теста равномерно распределяют ресурсы между четырьмя потоками. Что, впрочем, приводит к низкой совокупной производительности.
• Toshiba AL13SEB и WD VelociRaptor, напротив, при многопоточном чтении жертвуют одним из потоков, за счет чего возрастает скорость передачи данных в остальных и общая пропускная способность.

Многопоточная запись

• При записи в четыре потока ни один из дисков не хитрит: производительность равномерно распределяется между всеми потоками.
• Как видим, от механики диска в этом тесте зависит не так уж много. 15-тысячники от Seagate и Toshiba заняли первые места, а вот Ultrastar 15K600 — явный аутсайдер.

Постоянство времени отклика

• При чтении данных все накопители характеризуются существенной разницей между средним и максимальным временем отклика. Лишь VelociRaptor выделяется в лучшую сторону, обладая более выгодным соотношением среднего и максимального времени отклика.
• При записи пиковые значения времени отклика сглажены буфером и мало отличаются от средних.

• Участники теста больше всего различаются по разбросу времени доступа при записи. Наиболее консистентной производительностью обладает Ultrastar C10K1800. У Toshiba AL13SEB900, напротив, стандартное отклонение времени доступа резко повышено.

⇡#Производительность, эмулированная нагрузка

• Лучшие результаты во всех тестах принадлежат 15-тысячникам Ultrastar C15K600 и Toshiba AL13SXB.
• Результаты Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 совершенно не соответствуют его техническим характеристикам. Только в тесте «Веб-сервер» этот диск проявил себя с лучшей стороны, а в остальных не имеет никакого преимущества перед соперниками класса 10К.
• Среди серверных десятитысячников диски не так сильно отличаются друг от друга, но формально — лучших показателей добился Seagate Savvio 10K.6. VelociRaptor, напротив, всегда плетется в хвосте.

База данных

Файловый сервер

Рабочая станция

Веб-сервер

⇡#Выводы

По совокупности главных метрик производительности (линейное чтение/запись, произвольное чтение/запись) наиболее быстрыми являются три участника, обладающие скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин и объемом 600 Гбайт: HGST Ultrastar C15K600 (HUC156060CSS200), Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 (ST600MP0035), Toshiba AL13SXB600N. Причем HGST тут — явный фаворит. Seagate можно было бы считать серебряным призером, если бы он не провалил все тесты с эмуляцией приложений, помимо веб-сервера.

Большинство десятитысячников в основных аспектах похожи друг на друга, но стоит выделить HGST Ultrastar C10K1800 (HUC101818CS4200), который уступает более оборотистым коллегам класса 15К только в скорости произвольного чтения и при этом имеет рекордный объем — 1,8 Тбайт. Впрочем, на результатах тестов с эмулированными приложениями эти достоинства никак не отразились.

Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006) и Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 Тбайт (ST1200MM0007) обладают стабильно высокой производительностью без сюрпризов. Чуть хуже прочих десятитысячников с тестами справился Toshiba AL13SEB900.

WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000DHTZ) можно рассматривать как высокопроизводительный HDD «для бедных», если протокол SAS не является обязательным пунктом в техзадании. По своим характеристикам это типичный диск класса 10К, только в сравнении с истинными серверными накопителями скорость произвольного чтения оставляет желать много лучшего, что проявилось и в «эмуляторах».