Как мы уже говорили, распространение сетевых накопителей привело к появлению специальных моделей жестких дисков для работы с ними. Конечно, часть указываемых производителем их ключевых особенностей вызывает определенные вопросы, однако в данном случае, пожалуй, лучше перестраховаться и использовать именно рекомендованные модели из списков совместимости.
Ранее мы видели (см. статьи про WD Red Pro, HGST Deskstar NAS, Seagate Enterprise NAS HDD), что с точки зрения производительности найти какие-то существенные отличия между дисками в данном сценарии непросто. Дело в том, что сетевые накопители начального и среднего уровня оборудованы гигабитными сетевыми портами, которые ограничивают скорость передачи данных на уровне 120 МБ/с, что вполне сравнимо с возможностями современных дисков.
В данном тестировании мы решили попробовать рассмотреть вариант работы с моделью корпоративного уровня, которая имеет возможность установки сетевой карты с интерфейсом 10 Гбит/с. А в качестве накопителей использовались относящиеся к разным сегментам винчестеры Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD и Desktop HDD. Это не самые свежие модели, однако и сегодня они широко представлены на рынке.
Сетевой накопитель QNAP TVS-863+
Компания QNAP является одним из признанных лидеров рынка сетевых накопителей. В ее арсенале присутствуют устройства от начального уровня для домашних пользователей до корпоративных моделей на 24 отсека с возможностью расширения.
QNAP TVS-863+ был представлен весной этого года на выставке CeBit в Германии. Эта модель интересна использованием платформы AMD с четырехъядерным процессором и графическим контроллером Radeon, чего мы давно не видели в этом сегменте. Объем оперативной памяти составляет от 2 до 16 ГБ.
Штатно в комплектации присутствуют два гигабитных сетевых интерфейса, а наличие слота расширения позволяет добавить дополнительную сетевую карту. В модификации устройства с «+» в комплекте идет сетевой контроллер 10 Гбит/с. Модель оборудована восемью отсеками для жестких дисков SATA и поддерживает подключение внешних блоков расширения через интерфейс USB 3.0. Добавление буквы «V» в название устройства отражает возможность использования сервиса виртуальных машин. Отметим также наличие порта HDMI и необычный золотой цвет корпуса.
Жесткие диски Seagate Desktop HDD
Как следует из названия, данные модели ориентированы на работу в настольных компьютерах пользователей. Эта серия представляется наиболее «обычной» из всех винчестеров компании. В ней присутствуют модели объемом от 500 ГБ до 6 ТБ. В данном тестировании использовались четыре диска ST4000DM000 по 4 ТБ.
Они относятся к поколению Desktop HDD.15, имеют буфер объемом 64 МБ, интерфейс SATA 6 Гбит/с, четыре пластины и восемь головок, среднюю скорость передачи данных 146 МБ/с. О скорости вращения разработчик умалчивает. Также им заявлен диапазон рабочих температур от 0 до 60 градусов Цельсия, а энергопотребление оценивается в 4 Вт в простое и 5,6 Вт во время работы. Такого параметра, как MTBF, разработчик в документации не указывает. Но можно найти данные о числе парковок магнитных головок, которое составляет 300 000, а также о лимите нагрузки в 55 ТБ/год. Отметим, что в спецификациях указано время работы в год, составляющее 2400 часов, что составляет примерно треть от круглосуточной работы. Гарантия на данную модель составляет два года.
Жесткие диски Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD
У данной модели производитель указывает применение для «систем хранения данных быстрого доступа». Устройства позиционируются как накопители высокой емкости с сохранением высокой скорости. В линейке присутствуют модели от 1 ТБ до 8 ТБ. Кроме того, есть возможность выбора интерфейса — SATA или SAS. В этой статье были использованы четыре устройства с артикулом ST4000NM0033. Они имеют объем 4 ТБ и интерфейс SATA.
Данная модификация представляет собой поколение ES.3. Диски имеют буфер объемом 128 МБ, пять пластин и десять головок, максимальная скорость передачи данных оценивается производителем в 175 МБ/с. Диапазон рабочих температур составляет от 5 до 60 градусов Цельсия. Энергопотребление данной модели ожидаемо выше — 6,73 Вт в простое и 11,27 Вт во время работы. Среднее время наработки на отказ — 2 миллиона часов. При этом данный диск рассчитан на круглосуточную эксплуатацию в режиме 24/7, а допустимая годовая нагрузка в десять раз выше — 550 ТБ в год. Срок гарантийного обслуживания — пять лет.
Не очень понятно, почему для данных моделей винчестеров компания использует несовпадающие списки параметров в технических характеристиках, что затрудняет их сравнение. Впрочем, некоторые из них мы проверим в тестах.
Тестирование с локальным подключением
Сначала оценим работу одиночных винчестеров при подключении к порту SATA тестового компьютера. Для этого используем наш стандартный набор шаблонов Intel NASPT. На диаграммах диски обозначены по буквенной части своих артикулов — DM для ST4000DM000 и NM для ST4000NM0033. Перед тестированием на винчестерах создавался один раздел максимального объема с файловой системой NTFS. Отметим, что, несмотря на достаточно большой объем рабочих файлов, оценки на последовательных операциях относятся к началу поверхности дисков. Компьютер на базе платформы Intel работал под управлением 64-битной версии Windows 8.1 со всеми обновлениями.
Как видим, Enterprise Capacity 3.5 HDD имеет здесь стабильное преимущество, которое составляет примерно от 10% до 30% в зависимости от шаблона. Максимальная разница наблюдается на операциях с использованием случайной записи, что обеспечивается меньшим временем доступа у этой модели.
Благодаря специальному стенду, мы имеем возможность подробно измерить энергопотребление жестких дисков в разных сценариях. Он позволяет измерять потребление по шинам питания 5 В и 12 В, строить графики и рассчитывать средние значения. Для проверки мы выбрали следующие режимы: сон, бездействие, случайное и последовательное чтение и запись. Измерения проводились в течение 30 секунд. Потребление в ваттах было посчитано через значения токов.
Вполне ожидаемо, модель Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD более требовательна, чем Desktop HDD — в рабочих сценариях она потребляет на 45-60% больше. При этом разница в режиме сна составляет 10%, а вот режим бездействия существенно менее экономичный: плюс почти 140%.
Интересно сравнить полученные данные с официально заявленными. Режим простоя у Desktop HDD совпадает с указанными в спецификации, а вот при наличии нагрузки только случайное чтение укладывается в приведенный показатель. У Enterprise Capacity 3.5 HDD ситуация противоположная — заметное превышение при бездействии и меньшие значения в работе.
В заключение этого раздела приведем графики запуска жестких дисков, полученные при повышенной частоте опроса в нашем стенде. Для отображения данные были сглажены.
Формальные значения пиков в данном случае сложно считать существенными, поскольку они зависят слишком от многих параметров. Заметим, что Seagate приводит в документации следующие значения для максимального потребления по шине 12 В в момент старта — 2 А для Desktop HDD и 2,6 А для Enterprise Capacity 3.5 HDD. Второе значение может быть снижено до 2 А специальной настройкой параметров работы диска.
Тестирование в сетевом накопителе
Большинство доступных систем хранения данных с сетевым подключением используют традиционные гигабитные сетевые контроллеры. Эта технология сегодня является вполне доступной, а вот следующий шаг на 10 Гбит/с уже требует существенных финансовых затрат. Некоторым компромиссом может быть работа с несколькими гигабитными интерфейсами, но эта технология повышает производительность только в определенных сценариях.
Для тестирования производительности винчестеров использовалось по три конфигурации для каждого комплекта: одиночный диск, а также массивы RAID0 и RAID5 из четырех дисков. Результаты, полученные с гигабитным сетевым подключением, приводятся на следующей группе графиков.
Из-за ограничений интерфейса на операциях последовательного чтения разницы между дисками нет. На последовательной записи мы видим преимущество Enterprise Capacity 3.5 HDD в многопоточном режиме с одним диском и в массиве с чередованием. А вот запись в один поток этому винчестеру дается сложнее. Впрочем, маловероятно, что рассматриваемое оборудование будет работать с однодисковыми томами. Случайные операции Enterprise Capacity 3.5 HDD выполняет заметно быстрее своего десктопного брата — преимущество составляет примерно от 10% до 50%.
Для тестирования режима 10 Гбит/с на стороне клиента использовался адаптер Intel X540-T1. При этом соединение компьютера и сетевого накопителя осуществлялось напрямую патч-кабелем Cat 6a.
Конфигурации для дисков здесь те же самые. В сетевых настройках дополнительно включалась технология Jumbo Frames.
Прежде всего, отметим существенный рост максимальной скорости обмена данными с сетевым накопителем — на однопоточном чтении здесь можно получить 430-450 МБ/с. У нас мало опыта общения с подобными сетями, так что сказать, насколько это хороший абсолютный результат для данного типа подключения, сложно.
Переход на более быстрый интерфейс сделал график более интересным. В частности, теперь мы видим снижение скорости при многопоточном чтении, но и она для массивов превышает 300 МБ/с. Что касается записи, то наибольшую производительность мы получили в массиве с чередованием в многопоточном последовательном шаблоне. Здесь она достигла значения 310 МБ/с. При работе в один поток можно рассчитывать на 270-300 МБ/с. Отметим, что для RAID5 есть снижение скорости примерно до 200 МБ/с при переходе от одного потока к нескольким.
Случайные операции в данном случае мало зависят от сетевого интерфейса. Порог в 100 МБ/с удалось перейти только Enterprise Capacity 3.5 HDD на случайной записи в массиве с чередованием.
Что касается непосредственного сравнения жестких дисков, то Enterprise Capacity 3.5 HDD побеждает везде, преимущество составляет до 70%. Максимальный выигрыш наблюдается в шаблонах со случайным доступом, что вполне объяснимо меньшим временем доступа у этой модели.
На последней паре графиков приведем значения среднего энергопотребления и результаты проверки температурного режима дисков. Для этого теста использовалась конфигурация массива RAID5. Винчестеры были установлены в четыре первых отсека сетевого накопителя. Комнатная температура составляла около 22 градусов. В настройках NAS был выбран режим системы охлаждения Smart Fan. Сетевое подключение — 10 Гбит/с.
Бесплатного сыра не бывает — более высокая производительность Enterprise Capacity 3.5 HDD соседствует с его более высоким энергопотреблением. Однако надо заметить, что требования к питанию возросли не более чем на 30%, а рост скорости был выше. Впрочем, здесь надо учитывать и потребление аппаратной платформы сетевого накопителя, составляющее около 40 Вт.
Температурный режим мы оценивали в двух вариантах: час бездействия после включения устройства (режим сна был отключен) и показатели за все время прогона тестовых сценариев. Использовались максимальные достигнутые за это время значения.
Разница в температуре винчестеров достигает 16 градусов, а их максимальная температура превышает 50 градусов. При этом на температуру платформы выбор жестких дисков практически не влияет. Работа под нагрузкой увеличивает нагрев дисков на 3-4 градуса, а процессора и платы — на 5-7 градусов.
Заметим, что вентиляторы системы охлаждения в данных тестах практически всегда работали на низкой скорости, около 450 оборотов в минуту. Попытка усложнить задачу установкой одновременно восьми дисков приводила к росту температуры одного из винчестеров до 55 градусов, что вызывало переключение вентиляторов на 1800 об/мин и позволяло достаточно быстро вернуть комфортный температурный режим.
В целом можно говорить о том, что при использовании Enterprise Capacity 3.5 HDD в многодисковых сетевых накопителях стоит обратить особое внимание на температурный режим. К счастью, многие модели NAS, включая рассмотренный в статье QNAP TVS-863+, позволяют осуществлять удаленный мониторинг за этими параметрами, а система автоматической регулировки оборотов вентиляторов системы охлаждения обеспечивает дополнительный резерв.
Заключение
Обнаружить какие-либо специальные оптимизации прошивок жестких дисков для работы в определенных сценариях, включая сетевые накопители, достаточно сложно. К сожалению, здесь или приходится верить производителям, рассказывающим об их эффективности, или рисковать, используя винчестеры, которые не позиционируются для данной роли. С другой стороны, если посмотреть на официальные списки совместимости сетевых накопителей, в них можно обнаружить гораздо больше моделей, чем предлагается производителями винчестеров именно для NAS.
С точки зрения производительности, данное тестирование подтвердило, что скорость работы сетевого накопителя в определенной степени зависит от выбранных жестких дисков. При этом в случае использования гигабитного сетевого подключения разницу можно заметить в основном в сценариях, связанных со случайным доступом к данным, а максимальные показатели скоростей чтения и записи ограничиваются именно сетевым интерфейсом. Так что если говорить о домашнем использовании и SOHO/SMB, существенно учитывать производительность винчестеров при создании сетевого хранилища данных стоит только при наличии требований со стороны специализированного программного обеспечения. Традиционные задачи по резервному копированию и сетевому доступу к рабочим файлам от выбора жестких дисков будут зависеть мало. При этом более производительные модели стоят дороже, а также имеют большее энергопотребление и нагрев (последние параметры влияют и на уровень шума и на требования к месту установки). Пожалуй, единственный серьезный повод смотреть в их сторону — расширенный срок гарантии, потенциально более высокая надежность и способность выдерживать увеличенную нагрузку. Впрочем, эти характеристики обычно актуальны в более высоком сегменте, где «обычным» дискам места нет. Кроме того, необходимость резервного копирования важных данных эти характеристики не отменяют.
Более четко определить разницу между разными моделями жестких дисков нам помогло подключение NAS в сеть на скорости 10 Гбит/с. В этом случае максимальные скорости чтения и записи могут вырасти в три-четыре раза для четырехдисковых массивов. Но даже в этой конфигурации наибольшие отличия мы видим в случайных операциях, зависящих от скорости доступа жестких дисков.
Заметим, что наше тестирование, конечно, сложно считать многосторонним. Мы ориентируемся на наиболее востребованные операции при выборе шаблонов и по техническим причинам не можем исследовать сценарии работы с большим числом клиентов. В случае, если для ваших задач производительность имеет важное значение, наиболее точным и правильным способом оценки будет проверка дисков на реальных приложениях, охватить весь спектр которых мы не в состоянии.
Средние розничные цены в Москве для использованных в статье винчестеров, актуальные на момент чтения вами данной статьи, приводятся в таблице.
| Средняя цена по данным Яндекс.Маркет | |
| Seagate ST4000DM000 (4 ТБ) | T-12333171 |
| Seagate ST4000NM0033 (4 ТБ) | T-9250844 |
за предоставленные для тестирования жесткие диски
Благодарим компанию QNAP
за предоставленный для тестирования сетевой накопитель
Благодарим компанию Intel
за предоставленное для проведения тестирования оборудование
Благодарим компанию D-Link
за предоставленный для проведения тестирования коммутатор
