Групповое тестирование жестких дисков для NAS 2015 г.

В последние годы производители жестких дисков стремятся дифференцировать свою продукцию, представив продукты для различных сценариев использования. Одна из таких нишевых категорий – HDD для сетевых хранилищ – оказалась чрезвычайно успешной и востребованной.

Популярность первым дискам для NAS (пионером здесь стала WD с линейкой WD Red, которая позже получила конкурента в лице Seagate NAS HDD) обеспечило необычное сочетание характеристик, присущих, с одной стороны, десктопным, с другой – серверным моделям. HDD для NAS рассчитаны на работу в режиме 24/7 и по отказоустойчивости сравнимы с серверными собратьями: типичное время наработки на отказ – 1 млн часов (для десктопных HDD его, как правило, даже не сообщают), расчетное количество циклов парковки головок – 600 тыс. против 300 тыс. у десктопных HDD. На них также дается длительная гарантия – 3-5 лет.

Параметры микропрограммы в дисках для NAS по умолчанию настроены таким образом, чтобы HDD всегда был готов отдать запрошенные данные: в бездействии не паркуются головки и не останавливается привод шпинделя. Кроме того, количество циклов парковки головок – ограниченный ресурс. Ключевая особенность прошивки для дисков, работающих в RAID, – сокращенное время, отпущенное на попытку прочитать данные из дефектного сектора. Это необходимо, чтобы хост-контроллер не принял решение исключить HDD из массива вследствие того, что он не отвечает на запросы.

Несмотря на эти черты, унаследованные от дисков серверного класса, стандартный HDD для NAS характеризуется пониженной скоростью вращения шпинделя (5400-5900 об/мин). Для серверных HDD это нонсенс, а для большинства домашних сетевых накопителей – идеально, из соображений как производительности, так и охлаждения.

Впрочем, позже у трех производителей жестких дисков появились новые линейки для NAS более высокого уровня, общая особенность которых – скорость вращения шпинделя 7200 об/мин (Seagate Enterprise NAS HDD, HGST Deskstar NAS и WD Red Pro). Другой признак, отличающий корпоративные семитысячники от домашних пятитысячников, – это приспособленность первых к работе в больших массивах (от 8 до 16 дисков в одном шасси) благодаря схеме активной компенсации вибраций. По сути, такие диски представляют собой ответвление чистокровных серверных линеек соответствующих производителей, лишенное ряда избыточных для своего позиционирования функций – поддержки интерфейса SAS, встроенного шифрования, нативного доступа к 4К-секторам и так далее.

Мы взяли по образцу наибольшего объема из всех перечисленных серий (только в сериях HGST Deskstar NAS и WD Red Pro пришлось довольствоваться 4-терабайтной моделью, хотя есть на 5 и 6 Тбайт). Рассмотрим каждый из них поподробнее.

Участники тестирования

• HGST Deskstar NAS 4 Тбайт (HDN724040ALE640);
• Seagate Enterprise NAS HDD 6 Тбайт (ST6000VN0001);
• Seagate NAS HDD 4 Тбайт (ST4000VN000);
• WD Red 6 Тбайт (WD60EFRX);
• WD Red Pro 4 Тбайт (WD4001FFSX).

* Цены по данным «Яндекс.Маркета» на 17.10.2015.

⇡#HGST Deskstar NAS 4 Тбайт (HDN724040ALE640)

HGST не производит «медленных» дисков для сетевых хранилищ. Единственная линейка данного назначения в ассортименте HGST – Deskstar NAS – построена на платформе дисков Ultrastar 7K6000 и содержит устройства со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин.

Модели Deskstar NAS различного объема обладают различной плотностью записи при неизменных пяти пластинах. К сожалению, у нас не было возможности взять на тест 6-терабайтную версию, которая, благодаря максимальной плотности записи (1,2 Тбайт на пластину), обеспечивает предельную для ныне существующих 3,5-дюймовых HDD скорость последовательного чтения/записи данных, а также обладает буфером на 128 Мбайт. Модель объемом 4 Тбайт имеет буфер объемом 64 Мбайт и построена на 800-гигабайтных пластинах, что роднит ее с другим героем обзора – WD Red Pro.

Из других технических характеристик отметим наличие датчика вибрации, проникающей в диск снаружи, и соответственно – схемы ее активной компенсации. Больше ничего особенного об этой линейке жестких дисков производитель не рассказывает.

Ах да, гарантийный срок на HGST Deskstar NAS (3 года) поменьше, чем у других дисков такого класса – Seagate Enterprise NAS HDD и WD Red Pro (5 лет).

HGST Deskstar NAS 4 Тбайт (HDN724040ALE640)

⇡#Seagate NAS HDD 4 Тбайт (ST4000VN000)

«Зеленые» винчестеры со скоростью вращения 5900 об/мин, которые Seagate в свое время исключила из семейства десктопных накопителей Barracuda, возродились в виде HDD для мелких NAS (от 1 до 8 слотов). В моделях емкостью 3-4 Тбайт применяются терабайтные пластины.

В прошивке Seagate NAS HDD установлено сокращенное время коррекции ошибок. Шпиндель с магнитными пластинами сбалансирован в двух плоскостях для сокращения вибраций. От других участников тестирования NAS HDD отличается более высокой температурой, допустимой в рабочем режиме (70° C в отличие от 60-65° C), хотя мы бы не советовали доводить до такого.

Seagate NAS HDD 4 Тбайт (ST4000VN000)

⇡#Seagate Enterprise NAS HDD 6 Тбайт (ST6000VN0001)

Seagate Enterprise NAS HDD предназначен для установки в отдельно стоящие или работающие в телекоммуникационной стойке NAS на 4-16 слотов. Эта линейка построена на платформе серверных накопителей Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD, которая включает схему активной компенсации проникающих извне вибраций.

Seagate пока не использует пластины емкостью свыше 1 Тбайт в накопителях со стандартной перпендикулярной магнитной записью, поэтому данный диск содержит шесть терабайтных пластин. Чтобы вместить их, инженерам Seagate пришлось модифицировать корпус устройства, и в результате изменилось стандартное расположение монтажных отверстий. Центральный ряд на днище сместился к противоположному краю корпуса, а с боков центральные отверстия убрали вовсе. Внимание! Из-за этого диск может быть несовместим со стандартными корзинами в некоторых NAS.

В Enterprise NAS HDD реализована функция Rebuild Assist стандарта SATA 3.2, которая позволяет ускорить процесс восстановления RAID с избыточностью, в случае если поддерживающий ее HDD из этого массива дал сбой. При условии, что хотя бы часть данных еще доступна, они считываются с самого сбойного диска, а не восстанавливаются из данных других членов массива наряду с безвозвратно утерянными фрагментами. Из участников этого обзора данный диск обладает наилучшим временем наработки на отказ.

Seagate Enterprise NAS HDD 6 Тбайт (ST6000VN0001)

⇡#WD Red 6 Тбайт (WD60EFRX)

Диски серии WD Red по основным характеристикам дублируют десктопную линейку WD Green. В старшей модификации, объемом 6 Тбайт, установлены пластины емкостью 1,2 Тбайт, что отчасти компенсирует невысокую скорость вращения шпинделя (около 5400 об/мин) в показателях линейного чтения/записи.

Но область применения (NAS вплоть до восьми слотов) обуславливает ряд аппаратных и программных особенностей, сближающих WD Red с дисками серверного класса: блок магнитных пластин сбалансирован в двух плоскостях для предотвращения вибраций, сокращен тайм-аут коррекции ошибок (TLER – Time-Limited Error Recovery).

WD Red 6 Тбайт (WD60EFRX)

⇡#WD Red Pro 4 Тбайт (WD4001FFSX)

Диски WD для более крупных NAS размером вплоть до 16 корзин построены на общей платформе с накопителями Re/Se и обладают всей полнотой свойственных им технологий: креплением шпинделя с двух концов, датчиком удара, динамической коррекцией высоты полета головок над поверхностью пластины, активной компенсацией наведенных извне вибраций, TLER. Разница сводится к поддержке полнодискового шифрования (есть у WD Se и Re, но нет у WD Red Pro), интерфейса SAS (только у WD Re) и показателям отказоустойчивости (выше у WD Re).

Диски WD Red Pro характеризуются скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин, но модель объемом 4 Тбайт (в отличие от пяти- и шеститерабайтников в этой серии) комплектуется пластинами по 800 Мбайт, поэтому разница в скорости линейного чтения/записи между Red и Red Pro, участвующими в данном тесте, невелика.

WD Red Pro 4 Тбайт (WD4001FFSX)

⇡#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 варьируется 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, так как 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

1. 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.

2. PCMark 7 (Secondary Storage). На тестируемом накопителе создается единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объем. В результатах учитывается а) итоговый балл теста; б) пропускная способность в отдельных субтестах.

⇡#Тестовый стенд

Тестируемый накопитель подключается к контроллеру, встроенному в чипсет материнской платы, и работает в режиме AHCI.

⇡#Производительность, основные тесты

Последовательное чтение/запись

• Seagate Enterprise NAS HDD, как единственный диск, сочетающий терабайтные пластины со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин, намного превосходит остальных участников тестирования по скорости произвольного чтения/записи.
• WD Red Pro, WD Red и HGST Deskstar NAS мало различаются по этому параметру.
• Seagate NAS HDD – заметно более медлительный диск, чем все остальные.

Произвольное чтение/запись

• Seagate NAS HDD и WD Red демонстрируют посредственную скорость произвольного чтения и записи по сравнению с семитысячниками, которыми являются остальные участники теста, — чего и следовало ожидать.

⇡#Производительность, расширенный анализ

Устоявшееся время отклика

• Произвольное чтение мелких блоков с минимальной длиной очереди команд позволяет оценить механику жесткого диска – как быстро актуатор с магнитными головками находит запрошенный сектор. Второй фактор, сокращающий время доступа, – скорость вращения шпинделя.
• WD Red Pro выделяется в лучшую сторону по этому параметру, хотя в абсолютном масштабе большой разницы между дисками тут нет.
• Скорость доступа при записи блоков не столь информативна в этом тесте, так как накопитель стремится сначала записать блок в буфер и отрапортовать об этом контроллеру, а потом уже произвести отложенную запись на магнитный носитель в удобный момент. Чтобы компенсировать этот фактор, тест продолжается в течение 10 минут, но результаты некоторых дисков все равно могут отклоняться как в лучшую, так и, как ни странно, в худшую сторону от полученных в тесте на чтение. Именно последнее произошло с Seagate NAS HDD и WD Red.

Смешанное чтение/запись

• Хотя Seagate Enterprise NAS HDD обладает наилучшими характеристиками отдельно по чтению или записи, преимущество теряется при выполнении операций двух типов в равной пропорции.

Зависимость пропускной способности от длины очереди команд

• Все участники теста набирают быстродействие вследствие увеличения очереди команд.

Многопоточное чтение

• Диски WD увеличивают суммарную пропускную способность, отдавая приоритет нескольким потокам в ущерб другим. Но судя по тому, что между потоками все-таки нет откровенно сильного дисбаланса (что особенно заметно в случае WD Red), играет роль какой-то другой фактор: например, операции в потоке группируются для последовательного исполнения.
• Остальные диски выполняют операции четырех потоков с равной скоростью, из-за чего все это происходит чрезвычайно медленно.

Многопоточная запись

• За счет буфера жесткий диск может в равной степени обслуживать несколько потоков записи. Seagate Enterprise NAS HDD быстрее справляется с этой задачей.
• Seagate NAS HDD и HGST Deskstar NAS, напротив, заметно отстают.

Постоянство времени отклика: среднее/максимальное

• В целом если диск имеет преимущество в среднем времени отклика, то и максимально зарегистрированное также будет меньше. Явных отклонений от этой закономерности ни один участник тестирования не продемонстрировал.

Постоянство времени отклика: разброс

• При чтении блоков консистентность производительности дисков примерно одинакова, за исключением нестабильного WD Red.
• При записи диски в целом соотносятся так же, как в тесте на саму скорость произвольного чтения. Более быстрые диски отличаются и более стабильной производительностью.

Производительность, эмулированная нагрузка

• Результаты всех тестов примерно одинаковы: Seagate Enterprise NAS HDD лидирует в группе семитысячников, WD Red и Seagate NAS HDD сравнимы по быстродействию и сильно уступают своим более высокооборотным коллегам.

PCMark 7

• Десктопный бенчмарк расположил соперников немного в другом порядке. Seagate Enterprise NAS HDD по-прежнему впереди, но его преимущество уже не столь выражено.

⇡#Выводы

Среди пяти дисков, участвующих в тестировании, три (HGST Deskstar NAS, Segate Enterprise NAS HDD, WD Red Pro) обладают скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин. Оставшиеся два крутят шпиндель на скорости 5400-5900 об/мин (Seagate NAS HDD, WD Red).

При прочих равных условиях более высокая скорость вращения гарантирует более высокую производительность HDD. Однако скорость линейного чтения/записи в HDD определяется еще и плотностью магнитной записи. Поэтому, скажем, пятитысячники WD Red и Seagate NAS HDD на терабайтных пластинах мало уступают семитысячнику WD Red Pro с плотностью записи 800 Гбайт на пластину. А вот Seagate Enterprise NAS HDD, благодаря сочетанию терабайтных пластин и скорости вращения шпинделя 7200 об/мин, здесь абсолютно вне конкуренции.

Однако реализовать это преимущество на практике возможно только в специальных условиях. Для домашнего ПК потребуется прямое подключение к накопителю по шине USB 3.0 или Thunderbolt, так как пропускная способность сети Gigabit Ethernet или IEEE 802.11ac заведомо ниже, чем у самого завалящего из современных жестких дисков. Альтернативный вариант – если и шасси NAS, и клиентский компьютер поддерживают агрегацию портов Gigabit Ethernet либо работают в 10-гигабитной сети. Это уже прерогатива корпоративного оборудования.

Конечно, семитысячники обеспечивают меньшее время отклика безотносительно к плотности записи, что выражается в высоких скоростях произвольного чтения/записи, но реальное значение это имеет только для высоконагруженных хранилищ корпоративного класса.

А теперь несколько слов об отдельных устройствах в каждом из двух классов HDD для NAS.

От моделей любого объема в линейке Seagate Enterprise NAS HDD стоит ожидать великолепной производительности благодаря пластинам емкостью 1 Тбайт. WD Red Pro в объеме вплоть до 4 Тбайт комплектуется пластинами по 600/800 Гбайт, поэтому скорость линейного чтения/записи у данного образца куда ниже, чем у предыдущего участника обзора (к новым пяти- и шеститерабайтным моделям это, естественно, не относится). В пользу Red Pro играет высокая скорость произвольного чтения/записи, но так ли это важно, зависит от сценария использования NAS (см. выше).

HGST Deskstar NAS в объеме 5 и 6 Тбайт комплектуется пластинами по 1 и 1,2 Тбайт соответственно, но вместо этих моделей нам пришлось взять на тестирование 4-терабайтный HDD, собранный на пластинах по 800 Гбайт. Диск не отличается от WD Red Pro по скорости последовательного доступа, но не столь хорош в произвольном чтении/записи.

К жестким дискам для домашних и мелкоофисных NAS относятся линейки Seagate NAS HDD и WD Red. Последняя предлагает диски вплоть до 6 Тбайт, в то время как Seagate NAS HDD ограничен объемом 4 Тбайт. Кроме того, старшие модели WD Red, благодаря плотности записи 1,2 Тбайт на пластину, еще и быстрее, чем Seagate NAS HDD при строго линейном чтении/записи блоков (хотя опять-таки даже на Gigabit Ethernet вы этого не почувствуете).

Про WD Red объемом 6 Тбайт, к сожалению, придется сказать и нелестное слово. Сначала у нас было несколько экземпляров этой модели с прошивкой версии 68MYMN0, и все они отличились аномально низкой скоростью произвольного чтения/записи. Как выяснилось, проблема была связана с тем, что контроллер по какой-то причине не может использовать длинную очередь команд для увеличения производительности. Диск с прошивкой 68MYMN1, присланный на замену, уже работал без проблем. Так что, если вам понравилась эта модель, не поленитесь посмотреть на маркировку при покупке.