Интерфейс SAS-2 и контроллер LSI SAS 9211-8i

Знакомство с интерфейсом Serial Attached SCSI на 6 Гбит/с


В начале 2010 года в продаже появились первые жесткие диски и контроллеры с поддержкой интерфейса Serial ATA Rev. 3.0 со скоростью передачи данных 6 Гбит/с. Несмотря на вдвое возросшую скорость интерфейса и некоторые улучшения в обработке очереди команд (NCQ), новинка пока что особых дивидендов в плане производительности не принесла: будучи примененным в традиционных жестких магнитных дисках, даже имеющих огромный буфер 64 МБ (например, Seagate Barracuda XT), интерфейс SATA 6 Гбит/с явно стреноживался во много раз меньшей скоростью линейного доступа к полезной для пользователя информации на магнитных пластинах (150—160 МБ/с против 400—500 МБ/с у интерфейса SATA Rev. 3.0). Между тем, практическая «обкатка» SATA Rev. 3.0 позволила индустрии достаточно оперативно вслед за ним выпустить его «старшего братца» — интерфейс Serial Attached SCSI 2.0 со скоростью передачи данных 6 Гбит/с. Ведь сигнальный (физический) уровень интерфейсов у них очень похож (у SAS лишь примерно вдвое выше напряжение сигналов, чем у SATA).

В этой статье мы кинем первый взгляд на интерфейс SAS-2 на примере одного контроллера и одного диска, а более детальным исследованиям его возможностей посвятим будущие статьи.

 

Serial attached SCSI 2.1: что новенького?

Будучи наследником старого доброго параллельного интерфейса SCSI, интерфейс Serial attached SCSI (SAS) изначально задумывался с прицелом на поэтапное удвоение пропускной способности. Первое поколение SAS со скоростью передачи данных 3 Гбит/с появилось в лабораториях еще в 2004 году и широко вышло на рынок в 2005—2006 годах. Спустя «пятилетку», то есть в 2009 году, на-гора был выдан SAS-2 (6 Гбит/с) — устройства с его поддержкой поступили в продажу уже в 2010 году. Наконец, в конце 2012 года индустрия ожидает первых инженерных воплощений SAS-3 со скоростью передачи уже 12 Гбит/с. На рынке устройства с поддержкой третьего поколения SAS следует ждать не ранее 2014 года (см. рис.). Таким образом, у новенького SAS-2 есть как минимум года четыре на окупаемость и «снятие сливок».


План эволюции интерфейса SAS (рисунок с сайта www.scsita.org)

Разрабатывает спецификации интерфейса SAS технический комитет T10 Международного комитета по ИТ-стандартам, или INCITS (International Committee for Information Technology Standards, см. www.incits.org). Практическая разработка и поддержка протокола SAS лежит на SCSI Trade Association (SCSITA или STA, см. www.scsita.org). Разумеется, поколения SAS обратно совместимы, то есть SAS 2.0 поддерживает все функции первого поколения SAS-1.1 со скоростью 3 Гбит/с (полный дуплекс, 10-метровый внешний кабель, расширитель портов до 255 устройств (всего до 65535), поддержку TCQ, совместимость с дисками SATA с NCQ, двухпортовые диски SAS, агрегацию четырех портов с соответствующим увеличением пропускной способности до 24 Гбит/с и мн. др.).

Второе поколение стандарта SAS — это эволюционное развитие предшественника. Стандарт SAS-2.0 вскоре после выхода был усовершенствован до версии 2.1 и нынешние рыночные устройства для SAS 6 Гбит/с поддерживают именно SAS-2.1. Основные нововведения можно свести к следующему:

  1. Удвоение пропускной способности шины с 3 до 6 Гбит/с (кабель до 10 м).
  2. Стандартизованное (по SAS-2) зонирование и зонирующий экспандер (см. рисунки ниже) для улучшенной поддержки мультихостинга и функций безопасности.
  3. Размывание спектра частот (spread spectrum) для уменьшения электромагнитной интерференции (не требуется для соединений на скорости 3 Гбит/с и менее).
  4. Мультиплексирование соединений (опционально) для увеличения степени использования интерфейса при подключении устройств с SAS-1 и др.
  5. Разъемы Mini-SAS (SFF-8088 и SFF-8087, см. рис.) для улучшения внешних соединений.


Стандартизованное зонирование по SAS-2



Самоконфигурирующийся зонирующий экспандер SAS-2



Разъем Mini-SAS 4X

Грубо говоря, наиболее важных нововведения в SAS-2, собственно, два — это удвоение скорости передачи и новые зонирующие функции. Именно последние дают возможность создавать такие новые и уникальные пока на рынке модели как, например, первый в индустрии 16-портовый SAS-коммутатор LSI SAS6160 (см. рис.), поступивший в продажу этой осенью по весьма привлекательной для его функциональности цене.


16-портовый SAS-2 коммутатор LSI SAS6160

С его помощью многочисленные серверы можно подключить к одной или нескольким независимым внешним системам хранения данных, используя при этом высочайшую пропускную способность «счетверенного» интерфейса SAS-2. Суммарная же пропускная способность такого коммутатора достигает фантастических 384 Гбит/с. Коммутатор LSI SAS6160 поддерживает до 1000 адресов устройств SAS и SATA в SAS-сетях с зонированием, позволяя пользователям иметь больше соединений и сократить время задержки при обращении к СХД различных классов. Кроме того, поддержка специальных активных кабелей позволяет коммутаторам LSI SAS быть расположенными на расстоянии до 25 м друг от друга, что в четыре раза больше по сравнению с использованием традиционных пассивных медных SAS-кабелей. Впрочем, подробное рассмотрение данного продукта выходит за рамки этой статьи, поэтому вернемся к ее основной теме.

За счет нововведений второе поколение SAS может еще больше потеснить решения на базе Fibre Channel в высокопроизводительных системах хранения данных и шину Infiniband при внешних соединениях модулей СХД. В частности, благодаря более низкой стоимости на один порт и в несколько раз меньшему энергопотреблению на порт (см. слайд).


Преимущества SAS-решений по сравнению с 10 GbE и Fibre Channel

С другой стороны, у SAS-2 улучшена поддержка SATA-накопителей высшей емкости в системах хранения данных (при помощи SATA Tunneling Protocol (STP)/SATA Bridging и Serial SCSI Protocol (SSP)/SATA Bridging, см. www.serialstoragewire.net/Articles/2008_03/opinion28.html), что усиливает универсальность нового интерфейса.

С точки зрения «неискушенного ИТ-потребителя» (которому, впрочем, необязательно связываться с SAS :)) польза от SAS-2, на первый взгляд, не так уж очевидна. Действительно, для обслуживания одиночных накопителей удвоение скорости интерфейса с 280 до 500 с лишним МБ/с по пользовательским данным пока что практически бесполезно — нынешние «магнитные» винчестеры (даже дорогие SAS-диски) едва дотягивают до 200 МБ/с в скорости линейного чтения/записи и им еще как минимум 2—3 года вполне будет хватать скоростей SAS 1.1, особенно если учесть наметившееся в последнее время замедление эволюции (роста плотности) перпендикулярной магнитной записи. Исключение — применение новейших профессиональных SSD со скоростью выше 300 МБ/с (хост SAS-2 поддерживает накопители с SATA 6 Гбит/с), а также активная работа дисков в крупных RAID-массивах, где большая емкость встроенных в диски кэшей вкупе с возросшей скоростью интерфейса способна немного поднять общую производительность. И тут полезно помнить, что узким местом может уже стать шина PCI Express, на которой «сидит» используемый контроллер RAID, — ведь даже PCIe x4 первого поколения в каждом направлении пропустит не более 1 ГБ в секунду (см., например, http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_device_bandwidths#Computer_buses), что равно одновременной полной загрузке всего лишь двух линий SAS-2. Таким образом, шина PCI Express x8 фактически является минимально разумным требованием для 4-дисковых хост-контроллеров SAS-2. А для 8-дисковых RAID-хостов использование PCIe x8 поколения 2.0 является просто непременным.

Ну а больше пользы от применения SAS-2 можно получить, если активно использовать другие возможности SAS — в частности, расширители и агрегаторы портов. В этом случае, «посадив», скажем, на один порт SAS-2 пару быстрых SAS-винчестеров, мы можем практически не увидеть падения производительности. Аналогично — для внешних СХД при соединении с хостом по SAS-2 (кабелем длиной до 10 м)…

 

Контроллер LSI SAS 9211-8i

Первое знакомство с SAS-2 имеет смысл начать с недорогого (около 300 долл.) и достаточно простого, то есть HBA (Host Bus Adapter) 8-портового контроллера компании LSI Corporation (www.lsi.com).


8-портовый HBA-контроллер LSI SAS 9211-8i с интерфейсом SAS 6 Гбит/с

LSI SAS 9211-8i не имеет собственной кэш-памяти (если не принимать во внимание не больно-то емкие регистры HBA-чипа) и основан на чипе LSI SAS2008 (ядро PowerPC 440 с частотой 533 МГц; производительность до 290 тыс. операций ввода/вывода в секунду).


Процессор 8-портового HBA-контроллера LSI SAS 9211-8i

Плата LSI SAS 9211-8i имеет низкий профиль (форм-фактор MD2), оснащена двумя внутренними разъемами Mini-SAS 4X (каждый из них позволяет подключать до четырех SAS-дисков), рассчитана на шину PCI Express x8 2.0 и поддерживает простейшие RAID-массивы уровней 0, 1, 1Е и 10, а также динамическую функциональность SAS, включая dual-port drive redundancy, может работать в общей сложности с 256 физическими дисками SAS и SATA (свыше восьми — через порт-мультипликаторы) и мн. др.



8-портовый HBA-контроллер LSI SAS 9211-8i с интерфейсом SAS 6 Гбит/с

Контроллер LSI SAS 9211-8i можно устанавливать как в корпуса ATX и Slim-ATX (для рабочих станций), так и в рэковые серверы формата 1U и 2U (серверы классов Mid- и High-End). Поддержка RAID производится аппаратно — встроенным процессором LSI SAS2008, что снижает общую нагрузку на ЦП рабочей станции или сервера.

Контроллер LSI SAS 9211-8i: основные технические характеристики
Параметр Значение
Системный интерфейс PCI Express x8 2.0 (5 Гбит/с), Bus Master DMA
Дисковый интерфейс SAS-2 6 Гбит/с (поддержка протоколов SSP, SMP, STP и SATA)
Число портов SAS 8 (2 разъема x4 Mini-SAS SFF8087)
Поддержка RAID уровни 0, 1, 1E и 10
Процессор LSI SAS2008 (PowerPC 440@533 МГц), до 290 тыс. IOps
Встроенная кэш-память отсутствует
Энергопотребление, не более 13,5 Вт (питание от +12 В шины PCIe)
Диапазон температур работы/хранения 0…+70 °С / −45…+105 °С
Форм-фактор, габариты MD2 low-profile, 168×64,4 мм
Значение MTBF >2 млн. ч
Гарантия производителя 3 года

В комплекте поставки в красочной коробке содержатся: плата контроллера, брекеты для ее установки в корпуса ATX, Slim-ATX и пр., два 4-дисковых кабеля с разъемами Mini-SAS на одном конце и обычным SAS (с питанием от Molex) — на другом (для подключения до восьми дисков к контроллеру), а также CD с PDF-документацией и драйверами для Windows, Linux (SuSE и RedHat), Solaris и VMware.

 

Тестирование

Для первого знакомства с HBA-контроллером нового интерфейса мы решили воспользоваться одиночными дисками SAS-2 и SATA Rev. 3, поддерживающими скорость передачи данных до 6 Гбит/с. Это позволит нам сосредоточиться на анализе интерфейса в чистом виде, оставив «заморочки» с RAID различных уровней на будущее. Первым диском с поддержкой SAS-2 в нашей лаборатории оказался накопитель Toshiba MBF2600RC компактного форм-фактора 2,5 дюйма, но при этом отнюдь не маленькой емкости — 600 ГБ.


Жесткий диск Toshiba MBF2600RC емкостью 600 ГБ с интерфейсом SAS-2

При скорости вращения пластин около 10000 об/мин и восьми головках (в тонком корпусе диска размещается аж четыре магнитных пластины) данный накопитель имеет весьма малое время случайного доступа (около 7 мс, что вдвое лучше, чем у типичных десктопных SATA-накопителей) и предназначен для малогабаритных высокопроизводительных хранилищ данных (в линейке Toshiba MBF2-RC присутствуют также модели на 450 и 300 ГБ). По сравнению с непосредственными предшественниками новинки отличаются не только вдвое большей вместимостью и скоростью интерфейса — в них также заметно улучшена экономичность благодаря применению специальной технологии. В частности, в моменты бездействия вращение пластин диска замедляется и энергопотребление падает на 28%. Заявленные 4,5 Вт в режиме ожидания сравнимы с энергопотреблением экономичных 3,5-дюймовых SATA-накопителей емкостью 1—2 ТБ со скоростью вращения пластин 5-6 тыс. об/мин. Хотя по нынешним временам кэш-память этого диска не очень велика — 16 МБ, — это не является недостатком, поскольку накопители данного класса предназначены преимущественно для задач последовательного чтения и записи информации, например, в системах хранения мультимедийного контента.

Жесткий диск Toshiba MBF2600RC: основные технические характеристики
Параметр Значение
Форматированная емкость 600 млрд. байт
Число пластин/головок 4/8
Скорость вращения пластин 10 025 об/мин
Среднее время поиска, чтение/запись 4 мс / 4,4 мс
Латентность вращения 2,99 мс
Интерфейс SAS 2.0, 6 Гбит/с
Стартовый ток, не более 1,5 А для +12 В и 1,0 А для +5 В
Потребление в бездействии, не более 4,5 Вт
Диапазон температур работы/хранения +5… +55 °С / -40… +70 °С
Емкость кэш-памяти 16 МБ
Акустический шум вращения 29 дБА
Ударостойкость, работа/хранение 100 g (1 мс) / 400 g (1 мс)
Габариты, масса 100×70×15 мм, 220 г

Максимальная скорость последовательного чтения/записи полезных данных для Toshiba MBF2600RC составляет около 150 МБ/с (см. график).


График скорости последовательного чтения диска Toshiba MBF2600RC

Безусловно, это гораздо меньше предельных возможностей интерфейса SAS даже первого поколений (3 Гбит/с; около 270 МБ/с по полезным данным), уже не говоря о SAS-2. Тем не менее, благодаря более быстрому случайному доступу и профессиональным алгоритмам кэширования в буфере SAS-диска мы можем надеяться на то, что выгода от подключения этого диска к более скоростному интерфейсу будет более заметна, чем в случае с ранее исследованной нами Seagate Barracuda XT ST32000641AS — первым диском для интерфейса SATA 6 Гбит/с. Впрочем, поскольку последний также поддерживается контроллерами SAS-2 (и LSI SAS 9211-8i в частности), его мы также включили в наше тестирование.

Диск Toshiba MBF2600RC мы испытывали при подключении к двум контроллерам: к LSI SAS 9211-8i по интерфейсу SAS-2 (6 Гбит/с) и к HighPoint RocketRAID 2642 по SAS 1.0 (3 Гбит/с). Дело в том, что в настройках BIOS Setup контроллера LSI SAS 9211-8i не предусмотрено пункта принудительного перевода портов SAS на скорость первого поколения интерфейса — 3 Гбит/с. Поэтому для сравнения двух скоростей SAS нам и пришлось привлечь другой HBA SAS-контроллер примерно той же ценовой категории (вышеназванный HPT RR2642 на популярном чипе Marvell 88SE6445 для шины PCI Express x4). Безусловно, это не является сравнением двух скоростей SAS в чистом виде (на одном и том же контроллере), что было бы полезно с чисто теоретической точки зрения, однако практический смысл имеет немалый, поскольку сопоставляет производительность диска SAS, подключенного к HBA-контроллерам сходного класса производительности старого и нового интерфейсов.

Кроме того, поскольку с HBA-контроллером LSI SAS 9211-8i на практике могут использоваться и SATA-накопители (как одно из целевых применений), мы протестировали его с «семитысячником» Seagate Barracuda XT ST32000641AS, также поддерживающим скорость интерфейса 6 Гбит/с. Для сопоставления Barracuda XT была также протестирована на скорости интерфейса 3 Гбит/с с двумя простыми RAID-контроллерами — вышеупомянутым 4-портовым SAS HighPoint RocketRAID 2642 и 6-портовым SATA, интегрированным в южный мост Intel ICH10R. Это также позволит нам сравнить производительность одного из самых быстрых нынче «семитысячников» на разных популярных контроллерах и скоростях интерфейса.

Тестовая система была основана на процессоре Intel Xeon 3110, материнской плате с чипсетом Intel P45 и 1 ГБ памяти DDR2-800. SAS-контроллеры устанавливались в слот PCI Express x16. Испытания проводились под управлением операционных систем Windows 7 x64 Ultimate и Windows XP SP3 Professional. В качестве тестов использовались программы AIDA64, ATTO Disk Benchmark 2.41, C’T H2BenchW 4.13, Futuremark PCMark05, Futuremark PCMark Vantage x64, Intel IOmeter 2006, Intel NAS Performance Toolkit 1.7 и др. Все тесты проводились пятикратно и результаты усреднялись. По сравнению с текущей методикой нашего сайта, предназначенной для тестирования десктопных SATA-накопителей, мы здесь добавили определенный круг задач, чтобы лучше выявить разницу между контроллерами и интерфейсами и более разносторонне представить производительность накопителей и контроллеров в приложениях — как профессиональных, так и пользовательских.

 

Результаты тестирования

Сперва взглянем на «физику» дисков. Оба имеют максимальную скорость чтения/записи полезных данных на пластины около 150 МБ/с, о чем наглядно говорят результаты теста ATTO Disk Benchmark на предельную скорость чтения и записи крупных (256 МБ) файлов большими блоками.

Немного разные результаты этого теста для разных контроллеров объясняются различиями в обработке и кэшировании потоковых данных. Отметим слабость SAS-контроллера HPT RR2642 при работе с SATA-диском (ниже мы убедимся в этом еще неоднократно), хотя с SAS-диском претензий к нему практически нет. Контроллер LSI SAS 9211-8i демонстрирует здесь почти эталонную работу (несколько уступив лишь интеловскому «южнику» с SATA-диском) — возможно, дело как раз в более высокой скорости интерфейса 6 Гбит/с. График скорости последовательного чтения для Toshiba MBF2600RC мы приводили чуть выше, а результаты для Seagate ST32000641AS можно найти здесь.

По среднему времени случайного доступа к информации на дисках закономерно более чем вдвое выигрывает SAS-десятитысячник Toshiba. Причем здесь на контроллере LSI результаты оказываются несколько хуже, чем на хосте HighPoint — возможно, «набегает» латентность от более активного кэширования данных, которое положительно сказалось на результатах потокового чтения/записи (см. выше).

Интересно, что несмотря на вчетверо меньший объем дисковой кэш-памяти у Toshiba MBF2600RC (16 против 64 МБ у Seagate ST32000641AS), эффективность работы алгоритмов отложенной записи при случайных обращениях (определяемое нами по отношению результатов этого теста при чтении и записи) у профессионального SAS-диска существенно выше, чем у десктопного SATA-накопителя — сказывается специфика оптимизации его firmware. Аналогичные результаты получены нами в программах IOmeter и AIDA64.

Теперь о «вкусном» — о скорости самого интерфейса, коль уж мы сравниваем диски и контроллеры при работе по SAS/SATA 3 и 6 Гбит/с. Этот параметр мы измеряли в нескольких программах и здесь демонстрируем результаты для трех из них — AIDA64, HD Tach 3 RW и H2BenchW 4.13.

Как видим, разные утилиты дают порой существенно различающиеся предельные значения скорости интерфейса при чтении. Тем не менее, с уверенностью можно сказать, что 6 Гбит/с работают — и работают при этом не так уж плохо, хотя наблюдаемых в некоторых лабораториях значений в 500 и выше МБ/с мы пока и не получили. Впрочем, и текущих 340-480 МБ/с более чем достаточно для нужд одиночных дисков (как, впрочем, и 250 МБ/с у интерфейсов с 3 Гбит/с). Снова отметим некоторую «заторможенность» HPT RR2642 при работе с SATA-диском, хотя по SAS к нему претензий нет.

Теперь перейдем к тестам производительности дисков в различных пользовательских задачах, которые эмулируются при помощи бенчмарков Intel NASPT, PCMark Vantage и PCMark05, а также тестом приложений из пакета C’T H2BenchW 4.13. Чтобы не перегружать верстку статьи многочисленными диаграммами, мы здесь приведем лишь усредненные показатели для этих четырех комплексных бенчмарков, а результаты по отдельным паттернам каждого из бенчмарков, также представляющие определенный интерес для анализа, сведем в таблицу.

В популярном PCMark Vantage, ориентированном на типичные применения персонального компьютера, несколько выгоднее смотрится SATA-диск Seagate (у него более эффективна работа с данными, распложенными на пластинах близко друг от друга). Выгоды от использования  интерфейсов на скорости 6 Гбит/с здесь практически нет — скорее даже небольшой проигрыш, который, впрочем, легко объяснить более прозаическими причинами: особенностями работы того или иного контроллера (в данном случае HighPoint RR2642 всем дает фору). Если взглянуть на таблицу по паттернам, то видно, что с SAS-диском оба контроллера идут ноздря в ноздрю, а с SATA-винчестером контроллер LSI вырывается вперед в задаче Media Center, но немного отстает в Photo Gallery, Vista Startup, Movie Maker и Media Player.

Чуть иная картинка в стареньком PCMark05: тут LSI на диске SAS вырывается вперед, хотя на поверку «виноват» в этом лишь один паттерн (Virus Scan, который активно использует кэширование, что отлично видно из результата, явно превышающего скорость физического доступа к пластинам как для SAS, так и для SATA-дисков). То есть мы находим подтверждение более активного использования кэширования контроллером LSI SAS 9211-8i. С другой стороны, это несколько снижает его показатели в других тестовых паттернах PCMark05 по сравнению с контроллерами HPT RR2642 и Intel ICH10R.

Особо отметим высокий показатель «южника» Intel в этом тесте (хотя шина DMI, по которой он общается с системой, и не превосходит по скорости PCI Express x4/x8 у обоих SAS-контроллеров) — для персональных применений дисков «южник», видимо, оптимален.

Еще один «трековый» тест дисков — C’T H2BenchW 4.13 — использует достаточно старенькую базу приложений, хотя и оригинальных (см. табл.). Здесь на удивление SAS-диск оказался ниже всякой критики — спишем это на особенности бенчмарка, который, по-видимому, очень критичен к разнице в объеме буфера диска 16 и 64 МБ. Нас в данном случает интересует лишь то, что интерфейсы со скоростью 6 Гбит/с снова не дают дискам никакого заметного выигрыша в производительности, а разница показателей объясняется различиями алгоритмов работы самих контроллеров (снова отметим прыть ICH10R и отставание LSI при работе с SATA).

В более свежем тесте Intel NAS Performance Toolkit, который использует несколько иную, более реалистичную, философию бенчмаркинга, нежели «трековые» PCMark и H2BenchW, а именно: непосредственную работу с файловой системой тестируемого диска, а не воспроизведение заранее записанных (в другой системе) команд обращения к диску внутри предварительно созданного временного файла, — ситуация еще более любопытная.

Здесь контроллер LSI (и его 6-гигабитный интерфейс) явно не в фаворитах. И если с SAS отставание в среднем в 5—6% еще не фатально (особенно страдают паттерны с записью на диск — HD Video Record, Content Creation и File/Dir Copy to NAS), то для SATA проигрыш просто фатальный, что можно списать только на недоработки firmware этого контроллера. Зато радуют показатели HPT RR2642, причем не только для SAS, но и для SATA-диска.

Напоследок для особо пытливых в качестве бонуса (и вне общего зачета) приведем результаты старенького теста приложений WinBench 99 Disk WinMark. Интересен он прежде всего тем, что многие его паттерны в большой степени зависят от кэширования буфером самого диска.

И здесь SATA-накопитель с буфером 64 МБ демонстрирует заметное преимущество, а контроллер LSI, невзирая на вдвое более высокую скорость работы интерфейса, смотрится явным аутсайдером. В лидеры же выходит HPT RR2642 с его «более прозрачными» по отношению к диску алгоритмами работы.

Чтобы подытожить эту часть обзора, приведем усредненный показатель производительности дисков/контроллеров в приложениях (среднее геометрическое по тестам H2BenchW, PCMark05, PCMark Vantage x64 и NAS Performance Toolkit).

Как видим, непосредственной (потребительской) выгоды от применения более скоростного интерфейса 6 Гбит/с с современными одиночными магнитными винчестерами SAS и SATA нет, а разница между контроллерами объясняется скорее алгоритмами их функционирования (архитектурой, прошивкой и драйверами).

 

Тесты в Intel IOmeter

Отдельную часть нашего обзора посвятим тестам в пакете IOmeter, поскольку они помогут понять некоторые тонкости работы исследуемых интерфейсов, дисков и контроллеров. Для этого мы воспользуемся стандартными серверными паттернами DataBase, File Server и Web Server (более показательными в случае SAS-дисков), а также паттернами на чтение и запись крупных (0,5 МБ) и мелких файлов с очередью команд 1, 4, 16 и 64. Для начала (и в качестве альтернативы предыдущей диаграмме) приведем усредненное значение производительности дисков/контроллеров в этих семи паттернах (геометрически по всем очередям команд всех паттернов с весом 1).

Справедливость, наконец, торжествует — серверный диск Toshiba MBF2600RC более чем вдвое опережает настольный Seagate ST32000641AS с той же линейной скоростью чтения/записи. Более того, налицо положительная разница от применения контроллера LSI SAS 9211-8i с 6-гигабитным интерфейсом. Посмотрим, из чего же складывается этот успех?

В паттерне базы данных с обращениями блоками по 8 КБ для SAS-диска на обоих контроллерах наблюдается полное равенство при очередях команд 1, 4 и 16 с почти линейной зависимостью производительности от глубины очереди. И лишь при очереди 64 контроллер LSI продолжает линейный рост, тогда как для HPT RR2642 виден выход на насыщение — чип Marvell уже не справляется с обработкой такого потока запросов. Более того, для SATA-случая контроллер HPT при неединичной глубине очереди команд вообще демонстрирует заметно более низкую производительность, чем чипы LSI и Intel (последние два здесь примерно равноценны). Это похоже на ситуацию, когда RR2642 не использует NCQ при работе с SATA-диском.


В паттернах File Server и Web Server эта тенденция сохраняется: с SAS-диском контроллер HPT «затыкается» на очередях выше 16, тогда как мощный процессор LSI, как тот заяц, продолжает «работать и работать». В этих серверных паттернах более чем двухкратное преимущество диска Toshiba MBF2600RC над Seagate ST32000641AS по скорости случайного доступа напрямую выливается в 2—3-кратный выигрыш в серверной производительности. Даже несмотря на то, что накопители класса Toshiba MBF2600RC предназначены преимущественно для задач последовательного чтения и записи информации в соответствующих серверах и системах хранения данных (это все же не ультрарезвые 3,5-дюймовые 15-тысячники).

Еще более любопытная картинка — в паттернах чтения и записи крупных (полумегабайтных) файлов (или блоков) случайным образом в пределах всего объема диска.


Если при единичной глубине очереди команд диски Toshiba MBF2600RC и Seagate ST32000641AS не сильно различаются по быстродействию, то уже при глубине очереди, равной четырем, производительность SAS-модели возрастает почти вдвое, тогда как у SATA — остается на прежнем уровне. При дальнейшем увеличении глубины очереди SAS-система сохраняет достигнутый при QD=4 уровень производительности (причем, одинаково эффективно для обоих протестированных нами SAS-контроллеров), тогда как SATA-система начинает заметно тормозить! Впрочем, тут есть одно исключение — если с SATA-диском используется контроллер HPT RR2642, то скорость системы не падает с ростом глубины очереди — это своеобразная реабилитация чипа Marvell после проигрыша в серверных паттернах.


А вот при случайном чтении и записи мелких файлов в пределах всего объема диска мы видим смешанную картину. С одной стороны, при чтении она отчасти напоминает ситуацию в серверных паттернах — насыщение контроллера HPT при QD=64, его индифферентность к глубине очереди с SATA-диском (здесь хост-контроллер Intel даже обходит мощный процессор LSI). А с другой — при записи за счет эффективного кэширования производительность на мелких файлах в 1,5—2 раза опережает таковую при случайном чтении таких же файлов и динамика от глубины очереди сходна с таковой при работе этих систем c крупными файлами. За исключением того, что производительность всех трех контроллеров с SATA-диском практически не меняется от глубины очереди команд (и почти втрое ниже таковой у SAS-диска).

Отдельно отметим, что все эти паттерны практически не выявили никаких преимуществ между системами от применения более скоростного интерфейса 6 Гбит/с — разница либо отсутствует вовсе, либо объясняется собственно архитектурой и алгоритмами работы использованных хост-контроллеров.

 

Ценовая информация

8-портовый SAS-контроллер LSI SAS 9211-8i с полным комплектом предлагается по цене в районе 300 долларов, что можно считать весьма привлекательным. Четырехпортовый аналог — LSI SAS 9211-4i — стоит еще дешевле. Более точная текущая средняя розничная цена устройства в Москве, актуальная на момент чтения вами данной статьи:

LSI SAS 9211-8i LSI SAS 9211-4i
$280(25) $206(30)

Заключение

Итак, новый интерфейс SAS 2.1 со скоростью передачи данных 6 Гбит/с и новыми зонирующими функциями в этом году начал уверенно завоевывать рынок. Все новые модели SAS-дисков этого года поддерживают именно эту версию интерфейса, хотя прекрасно работают и с контроллерами SAS-1. В продажу начали поступать и контроллеры для SAS-2. И один из первых таких девайсов в лице недорогого 8-портового Host-Bus-адаптера LSI SAS 9211-8i оказался весьма неплохим продуктом, способным работать на скорости 6 Гбит/с как с SAS-, так и SATA-дисками. Некоторые недостатки нового процессора LSI SAS2008 (особенно при работе с SATA) в задачах потребительского класса с лихвой компенсируются его высокой производительностью на серверных нагрузках при большой глубине команд.

Вместе с тем, можно констатировать, что для одиночных жестких дисков даже SAS-класса применение скорости 6 Гбит/с пока что явно избыточно и не приносит никаких дивидендов по сравнению с 3 Гбит/с. Впрочем, использованный здесь нами SAS-десятитысячник Toshiba MBF2600RC — это не самый топовый диск, и применение более резвых 3,5-дюймовых SAS-накопителей со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин, скоростью чтения/записи пластин свыше 200 МБ/с и буфером 64 МБ, возможно, поможет выявить хоть какое-то положительное влияние удвоение полосы пропускания интерфейса. И, безусловно, преимущества от новой скорости интерфейса следует искать в многодисковых конфигурациях. А новые функции зонирования в SAS-2 позволят сделать многодисковые SAS-системы еще более удобными и гибкими в использовании.




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.