Продолжение исследования быстродействия файловых систем при помощи Intel NASPT

Внешний винчестер с интерфейсом USB 3.0


C момента нашего последнего тестирования различных файловых систем при помощи утилиты Intel NAS Performance Toolkit прошло уже без малого четыре года. Все это время ситуация на рынке внешних накопителей на месте не стояла. Во-первых (и в главных), дебютировал и быстро стал популярным новый интерфейс, а именно USB 3.0. По сути своей на данный момент он претендует на основной способ подключения что флэшек (которые мы изучали в третьей части сериала), что ВЖД (а это было во второй), являясь одновременно и массовым (пусть и в перспективе), и высокоскоростным (уже сейчас) решением. Но и сами носители тоже менялись. Что касается винчестеров, то тут активно внедрялась технология Advanced Format (использование физических секторов по 4К вместо 512 байт), что, очевидно, сказывалось и на производительности. А в сегменте флэш-накопителей появление нового интерфейса вызвало к жизни относительно новый класс устройств — внешние SSD. В отличие от обычных флэшдрайвов, они подключаются к компьютеру кабелем (как и ВЖД), но, благодаря использованию большего количества чипов флэш-памяти (что обеспечивает более крупный форм-фактор) могут работать быстрее «классических» флэшек. Поэтому и настало время познакомиться с очередной частью противостояния FAT32, NTFS и exFAT, но уже на новом оборудовании.

Сегодня таковым будет портативный внешний винчестер PQI H567V, снабженный интерфейсом USB 3.0. Кроме собственно интерфейса, модель интересна применением технологии Advanced Format, но без эмуляции стандартных секторов (что для внешнего накопителя вполне допустимо). Это, кстати, мгновенно сказывается на exFAT: данная файловая система использовала кластеры аж по 1 МиБ (!), хотя «типовым значением» должно было бы оказаться 128К. А вот на FAT32 и NTFS такие особенности накопителя не сказываются, что тоже может оказаться фактором, влияющим на выбор файловой системы: очевидно, что хранить на устройстве с таким размером кластера большое количество маленьких файлов является расточительством.

Для тестирования, как и ранее, применялся тот же стенд, на котором до последнего времени мы тестировали ВЖД и внешние модули:

  • EpoX 8NPA SLI
  • AMD Athlon 64 3200+ (512K L2)
  • 1 ГБ РС3200 DDR SDRAM
  • системный винчестер Western Digital WD1600JS
  • контроллер USB 3.0 ASUS U3S6
  • Windows XP Pro + SP3

Операции внутри большого файла теоретически не должны зависеть от файловой системы диска, чем активно пользуются некоторые тестовые утилиты, способные работать с размеченными винчестерами, измеряя при этом характеристики низкого уровня. Однако это только в теории — на практике могут сказаться особенности кэширования, да и «вопросы совместимости» рабочих блоков и размеров кластера конкретной системы. Но в целом разброс значений при одном потоке чтения невелик — не превышает 5% в скоростном режиме, а при использовании устаревшего варианта подключения и того меньше.

Единственным интересным с практической точки зрения результатом двухпоточного режима является вовсе не сохранения примерного равенства файловых систем, а исчезновение практической пользы от использования USB 3.0.

...что при четырех потоках чтения только усугубляется: здесь медленная шина оказывается более быстрым на практике решением, ввиду меньших накладных расходов на свое обслуживание. Причем большие и «сверхбольшие» кластеры FAT32 и exFAT в таких вот внешних условиях позволяют этим ФС снизить производительность в меньшей степени, нежели это свойственно NTFS.

При потоковой записи в файл только exFAT способна позволить USB 3.0 развернуться в полную силу из-за особенностей организации теста: фактически модификация служебной информации происходит после каждой операции записи, а она для этой ФС позволяет «пропихнуть» больше данных. FAT32 же и NTFS мешают транзакционные издержки, так что скорость получается более высокой, чем свойственно USB 2.0, но не в той степени, которую можно было предположить просто сравнив пропускную способность этих интерфейсов.

Зато с одновременными операциями записи и чтения чуть лучше прочих справляется NTFS, что немудрено — эта файловая система во многом изначально оптимизирована под  многозадачное окружение. Впрочем, разница между испытуемыми здесь невелика и проявляется, естественно, только при использовании USB 3.0 — старый интерфейс сам по себе оказывается самым узким местом в системе.

Мы ожидали, что и при работе с большим количеством файлов небольшого размера победителем окажется именно NTFS, однако она проиграла обоим вариантам FAT. Проблема, скорее всего, опять в накладных расходах, что не лучшим образом сочетается с простой логикой работы шины USB.

В очередной раз exFAT провалила тест вчистую — для рабочего накопителя она непригодна. Что, впрочем, не секрет для Microsoft — недаром же системный винчестер отформатировать под эту систему невозможно, а вот установке Windows на FAT32 до последнего времени никто не препятствовал.

Простым интерфейсам — простые файловые системы. Но не обязательно слишком простые — как видим, на высокоскоростной шине NTFS удается немного обойти FAT32: примерно в той же степени, в которой она отстает от eXFAT.

Этот тест по логике работы похож на однопоточное воспроизведение видео, но использует блоки меньшего размера. В результате все три файловые системы демонстрируют практически одинаковые результаты в любых условиях.

Копирование же файла на устройство в исполнении NASPT сильно отличается от того, как работают системные функции и представляет собой все ту же потоковую (до)запись, которую мы уже видели выше. С аналогичным результатом.

Что NTFS умеет делать лучше всех, так это копировать «большую кучу мелочи». Правда вот для того, чтобы продемонстрировать свои способности, ей нужен быстрый интерфейс. А вот для exFAT это одна из неудобных операций. Причина проста — в шаблоне используется 2833 файла, суммарным объемом 1,2 ГБ. Но это в «хороших» условиях он такой — в нашем же случае тестовая папка «распухает» до 3 ГБ, поскольку файл не может занимать менее одного кластера, а он, как мы уже сказали, в данном случае равен аж 1 МиБ. В общем, в очередной раз убеждаемся в том, что для большого количества мелких файлов эта ФС непригодна — ни для хранения, ни для обработки.

При копировании в обратном направлении NTFS в очередной раз удалось доказать свои преимущества. С другой стороны, отчетливо они видны только при использовании USB 2.0 — на теоретически более быстром интерфейсе производительность заметно падает. Почти до уровня, демонстрируемого exFAT. А вот эта файловая система как раз, существенно наращивает скорость — увеличение пропускной способности смогло в немалой степени скомпенсировать увеличение объема фактически передаваемых данных.

В общем и целом, как видим, освоение новых интерфейсов и новых носителей данных не слишком сказалось на сравнительном быстродействии различных файловых систем — как и ранее, на первом месте остаются сферы применения устройств. exFAT хороша для работы с большими файлами, но безобразно подходит для большого количества мелких — и по скорости работы, и по потерям дискового пространства (тут ситуация только усугубилась, поскольку, как видим, на некоторых накопителях размер кластера уже достигает 1 МиБ, который будет затрачен даже на файл, размером 1 байт). NTFS замечательно справляется с «тяжелыми» сценариями работы, однако на компьютерах невысокого быстродействия (а к таковым уже однозначно можно отнести наш старый тестовый стенд) уже очень заметными становятся необходимые для служебных нужд этой сложной ФС накладные расходы. Впрочем, такой эффект иногда наблюдался и ранее, но заметить его было сложнее — из-за невысокой собственной производительности накопителей и, в особенности, интерфейсов передачи данных. А FAT32... FAT32 в современных условиях имеет лишь одно преимущество: понимается повсеместно. Это компенсирует многие недостатки архаичной файловой системы (появившейся почти 10 лет назад в виде надстройки над еще более древними форматами) при использовании ее на внешних накопителях, но список недостатков  только растет. Причем, как видим, заметными становятся уже и потери производительности, сравнительно с более современными файловыми системами. Кроме того, увеличение емкости накопителей и размеров файлов делает все более неприятным «врожденное» ограничение FAT32: каждый файл не может быть большим, чем 4 ГиБ. Причем мешает оно уже не только компьютерным энтузиастам, но и обычным пользователям, и не только компьютеров, но и бытовой техники — тем же HD-видеокамерам приходится сильно ограничивать время непрерывной записи при использовании FAT32. В результате нет ничего удивительного, что «бытовуха» переходит на exFAT, внесенную в спецификации карт Secure Digital 3.0: маленьких файлов ни фото-, ни видеокамерам создавать не приходится, емкость носителя критична, а накладные расходы на обеспечение работы NTFS критичны для маломощных процессоров портативной электроники (которым, к тому же, в первую очередь со своими задачами справляться надо, а уже во вторую очередь обеспечивать работу с накопителем).

Впрочем, основным носителем данных постепенно становится флэш-память, а не магнитные диски. Может быть, что-нибудь изменится в связке USB+SSD? Проверим в следующий раз.




Дополнительно

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.