Тест SSD в серверах: RAID-массив из восьми твёрдотельных накопителей – THG.RU

Будущее высокопроизводительных корпоративных хранилищ принадлежит флэш-памяти

Мы уже немало говорили о твёрдотельных накопителях на основе флэш-памяти, известных как “Flash SSD”. С одной стороны, последнее их поколение обеспечивает отличную пропускную способность и блестящую производительность ввода/вывода, благодаря малому времени доступа транзисторов по сравнению с медленным перемещением головок механических жёстких дисков. Преимущества в производительности твёрдотельных флэш-накопителей по сравнению с традиционными жёсткими дисками сомнений не вызывают, а практически мгновенное время доступа превращает “Flash SSD” в идеальную замену для жёстких дисков корпоративного класса. С другой стороны, потенциальная экономия энергии, которую обещали большинство производителей SSD-накопителей, пока не соответствует действительности. К счастью, начинают появляться более оптимизированные винчестеры, которые показывают, что технология SSD развивается в правильном направлении.

Производительность ввода/вывода флэш-накопителя превосходит любой жёсткий диск

Мы решили взять один из самых быстрых флэш-накопителей, которые мы когда-либо тестировали, – MemoRight SSD MR25.-032S. Данный накопитель наносит смертельный удар традиционным жёстким дискам, поскольку обеспечивает лучшую скорость передачи данных при мгновенном времени доступа. В результате, подобные high-end SSD-накопители на основе флэш-памяти могут обеспечить в 3-10 раз больше операций ввода/вывода в секунду, чем самые скоростные жёсткие диски. Преимущество в производительности в сочетании с энергосбережением стало причиной того, что Google перевела свои серверы на флэш-память.

Мы сравнили последние модели жёстких дисков Seagate на 10 000 об/мин и 15 000 об/мин с SSD-накопителями MemoRight. Нажмите на картинку для увеличения.

3,5″ 15 000 об/мин и 2,5″ 10 000 об/мин против флэш-накопителя

Швейцарский специалист в области твёрдотельных накопителей – ssdworld.ch – любезно предоставил нам сразу восемь высокопроизводительных винчестеров MemoRight, на этот раз ёмкостью по 64 Гбайт каждый. Мы также связались с компанией Seagate, чтобы получить несколько самых последних традиционных жёстких дисков корпоративного класса, и нам выслали восемь 2,5″ жёстких дисков Savvio 10K.2 SAS, а также восемь 3,5″ винчестеров Cheetah 15K.5. Жёсткий диск Savvio 10K.2 работает со скоростью вращения шпинделя 10 000 об/мин, а Cheetah 15K.5 – на предельной скорости 15 000 об/мин.

MemoRight Flash SSD MR25.2-064S

Когда мы тестировали этот твёрдотельный SSD-накопитель впервые, в нашу лабораторию выслали 32-Гбайт модель. На этот раз нам удалось получить восемь 64-Гбайт моделей, которые обеспечивают приличную ёмкость для high-end систем. Хотя SSD-накопители нельзя развернуть в профессиональном окружении SAS (где необходима поддержка сдвоенных портов), интерфейс SATA пока ещё является достаточно быстрым, чтобы не стать “узким местом”.

Нажмите на картинку для увеличения.

Холодный и быстрый

В этом отношении о SSD-накопителях нечего много говорить, поскольку у них нет кэш-памяти, и они не особо чувствительны к высоким температурам. Если традиционные жёсткие диски могут работать при температуре до 55°C- 60°C, то флэш-накопители выдерживают, как минимум, 70°C. Модели промышленного класса валидируются даже для 80°C, но в любом случае SSD-накопителям MemoRight требуется мало охлаждения.

Что касается производительности, время доступа в 0,1 мс, полученное в тесте h2benchw 3.6, а также постоянная скорость чтения 114 Мбайт/с и скорость записи 104 Мбайт/с говорят сами за себя (несмотря на то, что интерфейс SATA 1,5 Гбит/с обеспечивает пропускную способность всего 125 Мбайт/с). В данном случае, пропускная способность интерфейса равна максимальной производительности, поскольку нет кэш-памяти, откуда можно считывать данные.

По производительности ввода/вывода MemoRight тоже значительно выходит вперёд и доминирует в тесте PCMark05 на запуск Windows XP. Однако в тестах PCMark на производительность записи MemoRight не победил: здесь Cheetah 15K.5 обеспечивает лучшую скорость последовательной записи.

Интересно, как покажут себя эти восемь накопителей в конфигурации RAID.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

Seagate Savvio 10K.2, 2,5″ SAS с 10 000 об/мин

Seagate Savvio представляет собой семейство 2,5″ жёстких дисков корпоративного класса. В отличие от жёстких дисков Cheetah, являющихся 3,5″ моделями, Savvio соответствуют более маленькому форм-фактору 2,5″. Это обеспечивает гораздо большую плотность хранения, если смотреть на производительность ввода/вывода на один модуль U в вертикальной стойке, а иногда даже более высокую производительность передачи данных на объём.

Все жёсткие диски Savvio оснащены 16 Мбайт кэш-памяти, 300-Мбайт/с интерфейсом SAS и работают со скоростью вращения шпинделя 10 000 об/мин, что обеспечивает скорость передачи данных, максимум, 91 Мбайт/с и минимум 49 Мбайт/с. Измеренное нами время доступа в 7,6 мс, безусловно, является лучшим среди всех настольных жёстких дисков. Однако время доступа флэш-накопителей MemoRight составляет лишь мизерную долю от этого числа – около 0,1 мс, причём скорость чтения постоянна и равна 114 Мбайт/с, а скорость записи – 104 Мбайт/с.

У Savvio есть преимущества в ёмкости

Жёсткие диски Savvio доступны в ёмкости 73 Гбайт или 146 Гбайт, что, безусловно, выше, чем у MemoRight Flash SSD, которые поставляются объёмом в 32 Гбайт или 64 Гбайт (скоро выйдет 128-Гбайт версия). И, конечно же, Savvio разбивает наголову SSD-накопители, когда дело касается стоимости за гигабайт. Если это важно для вас, то лучше пока забыть о покупке твёрдотельного накопителя на флэш-памяти.

Флэш-память на высоте благодаря увеличенной производительности ввода/вывода

Посмотрите на результаты тестов, чтобы убедиться в разнице производительности между восьмью73-Гбайт жёсткими дисками Savvio 10K.2 в конфигурации RAID и восьмью 64-Гбайт SSD-накопителями MemoRight в RAID. Поскольку всем известно поразительное время доступа и производительность ввода/вывода флэш-накопителей, сокрушительное поражение жёстких дисков Savvio в тестах на производительность ввода/вывода и скорости передачи данных никого не удивляет. Давайте посмотрим, на что способны более скоростные винчестеры Cheetah 15K.5.

Seagate Cheetah 15K.5, 3,5″ SAS с 15 000 об/мин

Уже какое-то время Cheetah является высокопроизводительной линейкой жёстких дисков Seagate корпоративного уровня. Сюда входят 3,5″ жёсткие диски со скоростью вращения шпинделя 15 000 об/мин, доступные в вариантах ёмкости 300 Гбайт, 146 Гбайт и 73 Гбайт. Все винчестеры оснащены 16 Мбайт кэш-памяти.

Стоит обратить внимание на энергопотребление и температуру винчестера, поскольку здесь это является гораздо большей проблемой, чем у настольных жёстких дисков на 7 200 об/мин. Всем жёстким дискам на 15 000 об/мин требуется активное охлаждение, и шумят они сильнее, по сравнению с другими настольными моделями. Флэш-накопителям практически не требуется охлаждения, они потребляют всего несколько ватт энергии (по сравнению с 5-15 Вт) и работают совершенно бесшумно.

Нажмите на картинку для увеличения.

Впечатляющая производительность

Максимальная пропускная способность Cheetah 15K.5 составляет 128 Мбайт/с, что делает его самым быстрым механическим жёстким диском, который когда-либо тестировался в нашей лаборатории. Минимальная скорость передачи равна 61 Мбайт/с – это тоже отличный результат, хотя больше впечатляет средняя скорость в 107 Мбайт/с. Ясно, что этот винчестер даёт до 40% больше производительности, чем Savvio 10K.2. Время доступа в 5,9 мс тоже лучшее в своём классе. Напоминаем, что среднее время доступа 3,5″ настольных жёстких дисков на 7 200 об/мин составляет 12-15 мс, что в два раза больше.

В последовательной записи флэш-накопитель побеждён

Глядя на скорость записи, видим, что Cheetah 15K.5 обеспечивает более высокую производительность, чем 104 Мбайт/с у флэш-накопителя MemoRight, если не использовать полную ёмкость и не вынуждать жёсткие диски писать во внутренние сектора вращающихся пластин, которые, как правило, являются самыми медленными. Результаты отражены в тестах PCMark 05 на запись файлов, где видно, что производительность Cheetah 15K.5 на 20% выше.

Посмотрим, что покажет нам Cheetah 15K.5 в конфигурации RAID 0 с восьмью жёсткими дисками.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

Конфигурации RAID: по 8 накопителей

Если восемь флэш-накопителей MemoRight смогут перенести своё впечатляющее время доступа и производительность ввода/вывода на конфигурацию RAID, то мы сможем с уверенностью сказать, что две конфигурации с традиционными жёсткими дисками проиграют.

8x MemoRight MR 25.2-064S. Нажмите на картинку для увеличения.

8x Seagate Cheetah 15K.5 ST373455SS. Нажмите на картинку для увеличения.

8x Seagate Savvio 10K.2 ST973402SS. Нажмите на картинку для увеличения.

Разница в размере

Интересно, что самый маленький по размеру накопитель обеспечивает наилучшую производительность, за небольшими исключениями. Нажмите на картинку для увеличения.

Тестовая конфигурация

Контроллер: Areca ARC-1680ML

Нажмите на картинку для увеличения.

По просьбе SSDWorld (которая поставила нам тестовые образцы), мы использовали high-end SAS-контроллер Areca ARC-1680ML, который может работать как с жёсткими дисками SAS, так и SATA. Для данного обзора мы взяли последнюю прошивку 1.45B.

Результаты тестов с одним накопителем

Для начала мы оценили производительность каждого накопителя по отдельности.

Диаграмма передачи данных

Время доступа

Победитель очевиден, ведь SSD флэш-накопитель обладает практически мгновенным временем доступа.

Пропускная способность интерфейса

Данный тест важен для определения максимальной пропускной способности интерфейса накопителя. Это не имеет отношения к эффективной скорости чтения с диска, а отражает только пропускную способность интерфейса. У жёстких дисков Seagate она выше, поскольку они могут считывать данные из своей встроенной кэш-памяти быстрее, чем с вращающихся пластин.

Производительность чтения/записи

Хотя жёсткий диск Cheetah 15K.5 может опередить SSD-накопитель MemoRight по максимальной скорости чтения и записи, он не может поддерживать потолок почти в 130 Мбайт/с, когда начинаешь заполнять весь диск. В этом случае, данные считываются и записываются не только с внешних секторов вращающихся пластин, которые показывают максимальную абсолютную скорость, приходится задействовать и не такие быстрые внутренние сектора. Производительность снижается по мере заполнения винчестера.

Cheetah 15K.5 по-прежнему выглядит привлекательно в операциях последовательной записи, так как флэш-накопители MemoRight не могут превзойти этот первоклассный традиционный жёсткий диск. Если вам нужно создать high-end систему для работы с большими потоками видео, то жёсткие диски Cheetah 15K.5 могут стать лучшим выбором. К тому же, они обладают большей ёмкостью – до 300 Гбайт, по сравнению с максимальной ёмкостью 128 Гбайт SSD-накопителей MemoRight.

Производительность приложений PCMark05

Благодаря лучшей средней скорости записи, Seagate Cheetah 15K.5 побеждает в тестах PCMark05 на производительность записи файлов. Однако флэш-накопитель MemoRight с очевидным преимуществом вырвался вперёд в тесте на загрузку Windows XP, благодаря своему малому времени доступа.

Производительность ввода/вывода

Результаты этих тестов не нуждаются в пояснениях. Флэш-накопители MemoRight в 4-10 раз быстрее, в зависимости от глубины очереди команд (от 1 до 64 команд в очереди).

Результаты тестов конфигурации RAID

Здесь мы сравнили восемь SSD-накопителей MemoRight с восьмью жёсткими дисками Seagate Savvio 10K.2 и восьмью винчестерами Seagate Cheetah 15K.5 в конфигурации RAID. Мы протестировали RAID 0, RAID 1+0, RAID 5 и RAID 6.

Время доступа

Время доступа флэш-накопителей MemoRight сильно не изменилось в конфигурации массива RAID с восьмью винчестерами. Несмотря на то, что время доступа увеличилось в два раза (0,2 мс против 0,1 мс отдельного накопителя), массив SSD-накопителей всё равно превосходит механические жёсткие диски. То же самое относится и к жёстким дискам не в массиве. Время доступа в массиве RAID и отдельных накопителей почти одинаково.

Производительность интерфейса

Производительность интерфейса интересна только для определения максимальной пропускной способности. В случае с контроллером Areca ML1680, хост-адаптер явно ограничивает пропускную способность, так как при использовании восьми дисков с пропускной способностью более 100 Мбайт/с каждый должны бы в конфигурации RAID 0 дать около 800 Мбайт/с. Мы попробовали применить RAID-контроллер Adaptec серии 5xxx и получили ещё лучшую пропускную способность, где, как и ожидалось, доминировали винчестеры Cheetah 15K.5.

Производительность чтения/записи

Поскольку контроллер Areca оптимизирован под максимальную производительность ввода/вывода, он создаёт “узкое место” для всех конфигураций RAID, которые могут извлечь выгоду из восьми жёстких дисков: максимальная пропускная способность составляет примерно 600 Мбайт/с. Опять же, мы испытали RAID-контроллер Adaptec серии 5xxx, что дало дополнительные 250 Мбайт/с максимальной производительности чтения для жёстких дисков Cheetah 15K.5.

Что касается последовательной пропускной способности, то максимальной производительности по приемлемой цене можно достичь и при использовании традиционных высокоскоростных жёстких дисков. Твёрдотельные накопители на основе флэш-памяти предоставляют гораздо более высокую минимальную скорость передачи данных, но за чрезмерно большую плату.

Производительность ввода/вывода (RAID 0)

Этот раздел будет особенно интересен администраторам серверов. Серверы с интенсивными операциями транзакций, например, банковские системы, большие базы данных и web-серверы, сильно зависят от количества операций ввода/вывода в секунду. Этот показатель зачастую считается критичным, так что результаты здесь очень впечатляют.

Там где традиционные жёсткие диски ограничены несколькими тысячами операций ввода/вывода в секунду, конфигурация RAID 0 с восьмью SSD-накопителями MemoRight обеспечивает, как минимум, в четыре раза большую производительность. Что касается web-серверов, производительность флэш-памяти по сравнению с традиционными жёсткими дисками в 10-20 раз выше. Это позволяет объединить несколько серверов в одну систему, сохранив при этом высокую производительность ввода/вывода.

Производительность ввода/вывода (RAID 10)

Массив RAID 10 (сочетание зеркалирования и чередования) популярен для критически важных серверов, которым не нужна высокая ёмкость; он используется для создания чередования на двух зеркалированных массивах. Массив RAID 0+1 – это то же самое, только зеркалирование двух наборов томов с чередованием. И снова производительность ввода/вывода массива RAID с восьмью SSD-накопителями MemoRight превосходная.

Производительность ввода/вывода (RAID 5)

Массив RAID 5 стал самой важной конфигурацией для предприятий, поскольку он обеспечивает высокую производительность и избыточность лишь с небольшой потерей дискового пространства. Хотя эффективная производительность ввода/вывода массива на флэш-накопителях MemoRight упала на 40% в тестах файлового сервера и на 50% в тестах баз данных и рабочих станций, результат для web-серверов остаётся прежним, где практически нет операций записи. Производительность ввода/вывода флэш-памяти всё равно в 3-5 раз быстрее в наших сценариях.

Производительность ввода/вывода (RAID 6)

И наконец, мы решили протестировать массив RAID 6, обеспечивающий удвоенную избыточность. Если массив RAID 5 создаёт информацию избыточности, которая собирается по семи жёстким дискам, чтобы сохранить её на восьмом накопителе (меняя этот накопитель каждый раз, чтобы информация избыточности хранилась не на одном физическом винчестере), в RAID 6 под данные избыточности выделяется ёмкость двух дисков. Благодаря этому целых два диска могут выйти из строя без потери данных.

Производительность ввода/вывода твёрдотельных SSD-накопителей MemoRight по-прежнему превосходна, но на этот раз всего лишь в 1,5-2,5 раза. Очевидно, что двойная избыточность оказала влияние на производительность ввода/вывода в конфигурации RAID 6. Флэш-накопители всё ещё являются наилучшим выбором, хотя вам предстоит для себя решить, стоит ли за повышение производительности в 1,5-2,5 раза платить в несколько раз больше и жертвовать ёмкостью.

Заключение

Хотя результаты скорости передачи данных были ограничены нашим контроллером Areca, очевидно, что для определения скорости передачи массива RAID 0, можно сложить максимальную скорость передачи всех жёстких дисков и вычесть 10-15% из расчёта на контроллеры, оптимизированные под пропускную способность. Если традиционные жёсткие диски теряют производительность по мере заполнения данными, флэш-накопители SSD всегда поддерживают свою производительность.

Однако пропускная способность не является самым важным аспектом для жёстких дисков корпоративного класса. На самом деле, крупные предприятия для своих серверов часто выбирают опираются на максимальное число транзакций и производительность ввода/вывода. Это касается банков, поставщиков интернет-услуг и других сфер, где главенствуют серверы.

Мы с радостью оставили бы себе несколько SSD-накопителей MemoRight, но нам пришлось вернуть их в Швейцарию. Благодарим SSDWorld за любезно предоставленные тестовые образцы. Нажмите на картинку для увеличения.

Хотя аппаратные RAID-контроллеры становятся основным “узким местом” для сложных конфигураций RAID, особенно RAID 6 и RAID 5, твёрдотельные SSD-накопители смогли показать свою силу в менее сложных конфигурациях массива. Производительность ввода/вывода в массиве RAID 0 с флэш-накопителями MemoRight в 5-20 раз выше, чем с жёсткими дисками Seagate Cheetah 15K.5. В конфигурациях RAID 5 и RAID 6 преимущество в производительности твёрдотельных винчестеров выше в диапазоне от 50% до нескольких раз по операциям ввода/вывода в секунду.

Большая окупаемость для предприятий

Понятно, что твёрдотельные SSD-накопители на основе флэш-памяти MemoRight всё ещё стоят довольно дорого: около $1800 за 64-Гбайт модель, которую мы получили для тестирования. Если сравнивать с 73-Гбайт жёстким диском Cheetah 15K.5 стоимостью в $150, то получается, что флэш-память стоит в 12 раз дороже. А оно того стоит?

Для предприятий, которым нужна максимальная производительность транзакций, инвестиции в $10 000 – $20 000 будут иметь смысл, если ускорится бизнес-процесс. В конечном счёте, в случае с традиционными жёсткими дисками производительность ввода/вывода как не повысилась в 4-20 раз раньше, так и никогда не повысится.

Другим покупателям лучше не торопиться

Всем остальным лучше отложить покупку SSD-накопителей корпоративного класса, если только того не требуют определённые условия (к примеру, сервер баз данных для web-сайта с высоким трафиком). Представьте: если вы можете купить один сервер и три-четыре SSD-накопителя вместо 8-12 жёстких дисков, распределённых по двум серверам, то флэш-накопители могут быть более эффективными с точки зрения стоимости, обеспечивая при этом более высокую производительность ввода/вывода.

Результаты тестирования наталкивают на мысль, что эра традиционных корпоративных жёстких дисков закончится уже через несколько лет. Менее дорогие накопители с большим объёмом займут эту сферу, а винчестеры на основе флэш-памяти заполнят корпоративный сегмент, начиная с high-end сектора и продвигаясь “в массы” по мере снижения цен.