Недавно мы познакомились с топовым 16-портовым контроллером Adaptec Serial ATA RAID 21610SA, предназначенным для широчайшего спектра профессиональных применений с использованием недорогих SATA-накопителей.
Главным его достоинством является поддержка дисковых массивов RAID уровней 5 и 50 (наряду с массивами начальных уровней 1, 0, 10 и JBOD). И поскольку его работу с массивами уровней 0, 1 и 10 мы достаточно подробно рассмотрели в предыдущей статье, то сейчас пришла пора заняться массивами уровня 5, что мы без лишних предисловий и сделаем.
Но сначала напомним, что контроллер AAR-21610SA базируется на двух восьмипортовых интерфейсных SATA-чипах AIC-8120, а для «объединения» их в единый 16-портовый контроллер с поддержкой RAID уровней 5 и 50 служит процессор Intel GC80303 с программной поддержкой универсального Adaptec RAID кода. Именно этот процессор и софт для него будет в данном случае ответственен за производительность массивов RAID уровня 5, вычисления XOR-функций которого — задача значительно более ресурсоемкая, нежели обсчет массивов уровней 0, 1 и 10, с которыми хорошо справляются даже простейшие системы.
Участники и методика тестирования
Исследования производительности контроллера Adaptec AAR-21610SA при работе в массивах RAID уровня 5 были проведены для пяти случаев: для наиболее бюджетного, трехдискового массива и для нескольких вариантов четырехдискового массива — с размером блоков чередования 1024, 256 (дефолтный) и 64 Кбайт, а также когда два диска подключены к одному чипу AIC-8120, а два других — к другому (поскольку образующие единый массив диски могут, вообще говоря, быть подключены и к разным интерфейсным чипам контроллера AAR-21610SA). Последняя конфигурация на наших диаграммах носит название SPLIT и также имеет дефолтный размер блока чередования 256 Кбайт. Она покажет, нет ли ухудшения производительности для массива, составленного из разбросанных по всем без разбору портам AAR-21610SA дисков. Чтобы не перегружать обзор результатами, производительность массивов RAID 5 в данном случае была изучена нами на базе четырехдисковой конфигурации, поскольку понять основные особенности поведения контроллера вполне возможно и на 4-дисковых массивах, а в первой части обзора AAR-21610SA мы уже видели, что у данного контроллера существует неприятное ограничение по скорости линейного чтения, поэтому использование массивов из большего числа дисков не несет явных преимуществ в производительности.
Для сравнения были использованы два четырехдисковых массива RAID 0 и RAID 10 на этом же контроллере (с блоками чередования 256 Кбайт), также 3-4-дисковые массивы RAID 5 на двух других RAID-контроллерах: Adaptec AAR-2410SA и 3ware Escalade 8500-4 для шины PCI64 с таким же объемом кэш-памяти на плате. Испытания проводились при помощи жестких дисков Western Digital Caviar RAID Edition WD1200SD емкостью по 120 Гбайт по описанной в первой части обзора методике и настройках.
Результаты тестов физических параметров
Точные значения емкости исследованных в этом обзоре массивов таковы:
- RAID 0, 4 диска, Adaptec AAR-21610SA — 457750 Мбайт (447,0 Гбайт);
- RAID 5, 4 диска, Adaptec AAR-21610SA — 343311 Мбайт (335,3 Гбайт);
- RAID 5, 3 диска, Adaptec AAR-21610SA — 228871 Мбайт (223,5 Гбайт);
- RAID 10, 4 диска, Adaptec AAR-21610SA — 228871 Мбайт (223,5 Гбайт);
- RAID 5, 4 диска, Adaptec AAR-2410SA — 343311 Мбайт (335,3 Гбайт);
- RAID 5, 3 диска, Adaptec AAR-2410SA — 228871 Мбайт (223,5 Гбайт);
- RAID 10, 4 диска, Adaptec AAR-2410SA — 228871 Мбайт (223,5 Гбайт);
- RAID 5, 3 диска, 3ware Escalade 8500-4 — 228942 Мбайт (223,6 Гбайт);
- WD1200SD (один диск) — 114471 Мбайт (111,8 Гбайт).
Как видим, контроллеры Adaptec образуют несколько меньшие по емкости массивы, чем их соперники, отъедая около 35 Мбайт полезного пространства из расчета на каждый диск, тогда как контроллеры 3ware (и некоторые другие) образуют массивы ровно удвоенной емкости применяемых накопителей.
Теперь — графики скорости линейного чтения массивов с разными параметрами (кликните по названиям, чтобы посмотреть на графики).
Графики для случая, когда в массиве задействованы диски, подключенные к разным чипам на контроллере, практически не отличаются от таковых для дисков, подключенных к одному и тому же чипу на контроллере.
Если для контроллера 3ware Escalade 8500 график скорости линейного чтения массива RAID 5 из четырех дисков WD1200SD практически равен «утроенному» (по обеим осям) графику для одиночного диска WD1200SD, то для контроллера Adaptec 21610SA (как и ранее для 2410SA) эти массивы оказались «обрезанными» сверху по скорости: примерно на уровне 150 Мбайт/с (и 125 Мбайт/с при блоках чередования 64 Кбайт), как и ранее для RAID 0 из 4 дисков. Таким образом, мы находим очередное подтверждение нашему наблюдению об ограничении на уровне 150 Мбайт/с линейной скорости массивов для AAR-21610SA, хотя для контроллеров других производителей такого мы не здесь не наблюдали. Впрочем, это все же лучше, чем ограничение на уровне около 100 Мбайт/с для контроллера Adaptec 2410SA в аналогичных конфигурациях. В результате, четырехдисковый RAID 5 на AAR-21610SA оказался явно вне своей категории по скорости линейного чтения в начале и середине массива, хотя трехдисковый RAID 5 в свою категорию все же вписался, продемонстрировав соответствие теории (в отличие от AAR-2410SA).
По скорости интерфейса мы продолжаем наблюдать трудно поддающуюся интерпретации картину (виноват, конечно, наплатный кэш), но будем, за неимением лучшего, априори считать, что со скоростью передачи данных по шинам PCI64 и SATA здесь все в порядке. :)
По измеренному среднему времени доступа никаких сюрпризов нет — RAID 5 практически не ухудшает этого показателя по сравнению с RAID 10, 1 и 0.
Зато по среднему времени доступа при записи (по кэшированию случайной записи) RAID 5 на контроллере Adaptec 21610SA демонстрирует кардинально лучшее поведение, чем аналогичные массивы на других, рассматриваемых здесь контроллерах. И хотя оно все же хуже, чем для простых для расчета массивов RAID 0 и 10 на этом же контроллере, реализация RAID 5 здесь пока не оставляет поводов сомневаться в своей высокой эффективности.
Впрочем, это наблюдается только для теста H2Bench, тогда как в тесте IOmeter среднее время доступа при записи для героя нашего обзора уже начинает приближаться к случаю, когда кэширование записи отсутствует или неэффективно. Впрочем, оно все же явно лучше, чем у остальных.
Тем не менее, мы видим, что для всех RAID 5 доступ при записи оказывается во много раз медленнее, чем для RAID 10 или 0 — очевидно, что это можно приписать тем немалым вычислительным затратам, которые расходуются контроллером при обсчете более сложного массива. Кстати, здесь 4-дисковый RAID 5 кэшируется на запись чуть хуже, чем трехдисковый.
Быстродействие в приложениях
Теперь нам предстоит выяснить, как подмеченные выше особенности функционирования массивов на разных контроллерах отражаются на производительности этих систем в различных приложениях. И первым делом, попробуем выяснить, как хорошо диски оптимизированы для многопотоковой работы. Для этого я традиционно использую тесты в программе NBench 2.4, где файлы размером 100 Мбайт записываются на диск и читаются с него несколькими одновременными потоками.
Данная диаграмма позволяет судить об эффективности многопотоковой (отложенной) записи в streaming-приложениях при работе операционной системы с файлами. И снова мы видим, что трехдисковый RAID 5 на AAR-21610SA демонстрирует немного лучшее кэширование записи, чем четырехдисковый RAID 5, хотя им обоим все же далеко до RAID 10 и RAID 0 на этом контроллере. Впрочем, по сравнению с другими контроллерами RAID 5 у AAR-21610SA здесь положение крайне выигрышное и, например, замедление RAID 5 из трех дисков по сравнению с RAID 10 из четырех составляет в среднем лишь 14% (сказывается мощный вычислительный процессор)!
При многопотоковом streaming-чтении ситуация для контроллера Adaptec 21610SA, напротив, не столь радужная — он уступает своему младшему братцу AAR-2410SA. Радует здесь то, что на AAR-21610SA 4-дисковый RAID 5 опережает массив RAID 10, хотя и отстает немного от RAID 0 из 4 дисков.
Посмотрим, как контроллеры ведут себя в популярных тестах Disk WinMark 99 из пакета WinBench 99. Мы проводим эти тесты для «начала» и для «середины» (по объему) физического носителя для двух файловых систем, а на диаграммах приведены усредненные результаты.
В целом RAID 5 на AAR-21610SA выступают здесь почти также хорошо, как RAID 0 и 10, и явно опережают аналогичные RAID 5 на других рассматриваемых контроллерах. И это не может не радовать.
Впрочем, в более свежих трековых тестах PCMakr04 и H2benchW разрыв между контроллерами RAID 5 и простейшими RAID 0/10 возрастает, и о соперничестве между ними речи уже не идет — пятерочка явно проигрывает даже десяточке.
Зато и порадоваться здесь есть чему — на контроллере AAR-21610SA пятерочка реализуется куда шустрее, чем на других фигурантах этого обзора, включая Adaptec 2410SA.
Ситуация в пользу простоты массива (то есть к RAID 0/10) усиливается при работе с временным файлом программы Adobe Photoshop: RAID 5 здесь не способен соперничать в скорости даже с RAID 1! Хотя снова преимущество над другими контроллерами у AAR-21610SA очевидно.
Что же касается зависимости производительности массива RAID 5 на AAR-21610SA от размера блоков чередования, то во всех вышеприведенных тестах наиболее оптимальной конфигурацией следует признать дефолтную с 256КБ-блоками, хотя, по сути, разница в производительности со случаем 64КБ-блоков не очень существенна (всего несколько процентов).
Тесты в Intel IOmeter
Переходим к задачам, более характерным для профилей использования профессиональных SATA-массивов — работе различных серверов (DataBase, File Server, Web Server) и рабочей станции (Workstation) по соответствующим паттернам в программе Intel IOmeter версии 2003.5.10.
При выполнении паттернов сервера базы данных и файлового сервера безусловным лидером является 4-дисковый массив RAID 0, а RAID 10 идет за ним следом, заметно опережая исследованные RAID 5 на контроллерах Adaptec.
Среди пятерочек здесь немного быстрее других работает четырехдисковый на 21610SA с блоками чередования 1024 и 256 Кбайт, хотя и на AAR-2410SA этот массив имеет практически такую же производительность. Применение блоков размером 64 Кбайт здесь не очень рекомендуется.
Немного иная ситуация в паттерне web-сервера. Во-первых, явно улучшается масштабируемость — все-таки на двух предыдущих паттернах она резко падала выше очереди запросов около 8. Во-вторых, массив RAID 5 из 4 дисков с размером блоков чередования 1 Мбайт смог, наконец, обогнать 4-дисковые массивы RAID 0 и 10 на контроллере AAR-21610SA. И это нельзя не приветствовать!
Впрочем, по результатам геометрического усреднения показанных выше серверных нагрузок RAID 5 на контроллере Adaptec 21610SA все же не в состоянии соперничать по производительности с простыми контроллерами RAID 10 и 0, хотя и смотрится выгоднее своих братьев меньших.
В паттерне Рабочая станция картина похожая, но разрыв между RAID 0/10 и RAID 5 увеличивается не в пользу последнего.
Блоки чередования в 1 Мбайт здесь по-прежнему несколько выгоднее других вариантов.
Переходим к паттернам чтения, записи и копирования файлов.
При случайном чтении и записи крупных файлов налицо явное отставание всех RAID 5 от массивов RAID 0/1/10. В заслугу RAID 5 на AAR-21610SA идет заметное опережение других контроллеров, а блоки чередования 1024 Кбайт идут ему на пользу. Кстати, и трехдисковый RAID 5 здесь оказывается в среднем немного быстрее 4-дискового (вспомним еще две диаграммы с аналогичными результатами выше).
Не получается у RAID 5 отыграться и на мелких файлах: хотя при чтении RAID 5 на AAR-21610SA здесь идет вровень с соперниками RAID 0 и 10, при записи он им резко проигрывает. То есть даже такого мощного встроенного процессора Intel GC80303, оказывается, не хватает для обсчета RAID 5 без потери производительности при записи!
При копировании файлов такая ситуация в целом повторяется с той лишь разницей, что заметно выгоднее оказывается использовать при чтении блоки чередования массива в 64 Кбайт (хотя при записи — наоборот), да и трехдисковый массив будет побыстрее 4-дискового RAID 5.
По усредненным (с единичным весом) показателям чтения, записи и копирования файлов контроллер Adaptec AAR21610SA оказывается в массивах RAID 5 явно быстрее остальных фигурантов данного обзора, хотя в целом пятерочка явно меркнет на фоне своих более простых собратьев уровней 0, 10 и даже 1!
Паттерн имитации дефрагментации лишь закрепляет данное положение вещей.
А паттерн потоковых чтения-записи крупными и мелкими блоками выделяет четырехдисковый RAID 5 на AAR-21610SA с блоками чередования 256 Кбайт (причем, как и в остальных тестах данного обзора, разницы между «одночиповым» и «двухчиповым» подключением дисков к контроллеру практически не наблюдается): он явно быстрее RAID 5 на других контроллерах и проигрывает не так уж много массивам RAID 0 и 10 (и то лишь на блоках данных в 64 Кбайт).
Заключение
Выводы таковы — несмотря на применение мощного встроенного микропроцессора и большой кэш-памяти массивы RAID 5 (что трехдисковый, что четырехдисковый) на контроллере Adaptec AAR-21610SA явно уступают в производительности четырехдисковым массивам RAID 0 и RAID 10 на том же контроллере. Особенно это касается тех приложений, где велика доля операций записи, тогда как на преимущественно читающих задачах RAID 5 вполне может поспорить в скорости с простыми массивами. И в последнем — немалая заслуга именно мощного контроллера Adaptec Serial ATA RAID 21610SA, который даже нелегкие серверные нагрузки делает вполне по зубам массивам RAID 5, заметно опережая при этом ряд других аналогичных контроллеров (например, того же AAR-2410SA от Adaptec). И хотя рассматриваемое нами профессиональное SATA-решение от Adaptec оказалось не свободным от некоторых недостатков, за все его достоинства и многие другие полезные качества (например, возможность создания сразу нескольких массивов из 16 SATA-дисков) мы по совокупности двух частей этого обзора хотим присудить контроллеру Adaptec Serial ATA RAID 21610SA наш приз «За оригинальный дизайн».
Впрочем, если вы действительно стеснены в средствах, я, рискуя навлечь на себя гнев некоторых профессионалов, рекомендую присмотреться и к RAID 10 на дешевых контроллерах типа SiI3114/3124, чипсетных или аналогичных, поскольку даже если вы при этом теряете по цене на дополнительных дисках, вы немало (а точнее — около 700 долларов!) выигрываете на цене самого контроллера, получая не менее, а то и более надежную профессиональную систему хранения данных начального уровня, сравнимую по производительности во многих задачах, чем ее аналоги на дорогих профессиональных контроллерах, хотя и менее гибкую в настройках и использовании.
