Ostatnie kilka testów, które przeprowadzaliśmy na backupacademy dotyczyło dysków flash. Tym razem wracamy do dysków talerzowych, ponieważ firma Western Digital podesłała nam cztery sztuki dysków WD RED Pro o pojemności 20TB do testów. Dzięki temu sprawdzimy, jak dyski zachowują się w pracy pod różnym obciążeniem i w różnym zastosowaniu oraz zobaczymy, jak szybkie mogą być dyski o tak dużej pojemności. Zatem – do dzieła!
Do naszego laboratorium trafiły cztery dyski oznaczone przez producenta jako WD201KFGX w wersji 68BKJN0 o pojemności 20TB. Dyski należą do grupy rozwiązań stworzonych z myślą o pracy w NAS, a więc o pracy ciągłej, 24 godziny na dobę. Western Digital ma w swojej ofercie dwa rodzaje dysków przeznaczonych do pracy w serwerach plików – RED i RED Pro. Dyski „czerwone” to podstawowa grupa, którą producent zaleca do zastosowań w grupach do 8 dysków, dyski objęte są też 3-letnią ograniczona gwarancją producenta. W przypadku większej liczby dysków, zalecane jest wykorzystanie serii „Pro”, która dodatkowo posiada gwarancję pięcioletnią. Nie będziemy tutaj porównywać wszystkich parametrów tych dwóch grup, ponieważ interesuje nas wersja druga, czyli Pro.
Według producenta, „Dyski WD Red® Pro zostały zaprojektowane z myślą o intensywnej pracy w środowiskach komercyjnych i korporacyjnych NAS, pracujących 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, z wieloma użytkownikami. Dyski WD Red Pro zapewniają wydajność, skalowalność i niezawodność wymagane przez firmy w celu przechowywania, udostępniania i współpracy nad dużymi ilościami danych w wielodyskowych systemach NAS zoptymalizowanych pod kątem pracy w trybie RAID.” Wśród najważniejszych cech dysków można wymienić:
Jak widać, WesternDigital jednoznacznie wskazuje na cel tego produktu. Dlatego też podczas naszych testów dyski będą pracowały w jednym z nowszych modeli QNAP NAS – modelu TVS-h474. Ale do konfiguracji środowiska testowego dojdziemy za chwilę. Na razie zobaczmy jeszcze, jak wygląda pełna specyfikacja testowanych dysków.
| Oznaczenie modelu | WD201KFGX |
| Pojemność | 20TB |
| Format obudowy | 3,5″ |
| Złącze / Interfejs | SATA III |
| Zgodność | Urządzenia NAS z nieograniczoną liczbą dysków w RAID |
| Szybkość transmisji | do 268MB/s |
| Szybkość dysku (RPM) | 7200 RPM |
| Technologia | CMR |
| Wielkość cache | 512MB |
| Gwarancja | 5-letnia ograniczona gwarancja |
| Wymiary (mm) | 147 / 101,6 / 26,1 |
| Temperatura podczas eksploatacji | 0°C do 65°C |
| Temperatura przechowywania | -40°C do 70°C |
| Certyfikaty | BSMI, ICES-003/NMB-003, CE, FCC, KC, Maghreb, RCM, UKCA, VCCI, CB-Scheme, TUV, UL |
| MTBF | do 2,5 miliona godzin |
| Współczynnik obciążenia (TB/rok) | 550 |
Dyski dostępne są w pojemnościach: 2/4/6/8/10/12/14/16/18/20/22 TB
Wróćmy teraz do naszego środowiska testowego, które często się zmienia, aby możliwie jak najlepiej przetestować konkretne dyski. Tym razem głównym miejscem pracy dysków WD RED będzie NAS QNAP, model TVS-h474, który został wprowadzony do oferty w tym roku.
Specyfikacja tego NAS wygląda następująco:
Pełna specyfikacja dostępna tutaj.
Na potrzeby testów urządzenie zostało rozbudowane o dwa dodatkowe elementy: kolejny moduł pamięci RAM 8GB (w sumie do 16GB RAM) oraz karta sieciowa QNAP 25GbE QXG-25G2SF-CX6. W ten sposób mogliśmy zwiększyć przepustowość i zapewnić warunki do testu maksymalnej prędkości transmisji pomiędzy NAS a serwerem testującym.
Po drugiej stronie naszego zestawu testującego wykorzystaliśmy serwer QNAP TS-983XU, który został przerobiony na serwer – tzn. został na nim zainstalowany system operacyjny Microsoft Windows 2022. Urządzenie posiada wbudowane dwa porty 10GbE SFP+, dlatego na potrzeby testów serwer z NAS’em połączyliśmy dwoma przewodami DAC SFP+ (1,5m, produkcja QNAP).
Specyfikacja serwera:
Karta QXP-25G2SF-CX6 – https://www.qnap.com/pl-pl/product/qxg-25g2sf-cx6
Przewody DAC CAB-DAC15M-SFPP – https://eustore.qnap.com/cab-dac15m-sfpp.html
Niezależnie od poziomu RAID, konfiguracja będzie następująca:
Wykonane testy:
Zanim jednak przejdziemy do samych testów, zatrzymajmy się na chwilę przy technologii, którą wykorzystują dyski WD RED Pro. Mowa tutaj o opatentowanej technologii OptiNAND™, która ma zwiększyć wydajność dysków HDD. W tym celu wykorzystywana jest pamięć iNAND (UFS), która została dodana do konstrukcji dysku, jak również zmodyfikowany został firmware oraz system-on-a-chip (SOC). Co ważne, OptiNAND nie jest technologią hybrydową a raczej sposobem hierarchizowania przestrzeni w obrębie pojedynczego dysku. Do tego celu wykorzystywany jest układ SoC, który steruje komunikacją z dyskiem iNAND. W ten sposób kluczowe funkcje operacyjno-porządkowe mogą wykorzystywać wzrost w zakresie możliwości metadanych, co z kolei może obniżyć zapotrzebowanie na DRAM oraz zwiększyć wydajność i niezawodność.
Plusem zastosowania pamięci flash jest jest niższa cena niż pamięci DRAM jak również jej trwałość niezależną od ilości cykli zasilania. W ten sposób dodatkowa pamięć umożliwia dokonanie obliczeń w krótszym czasie jednocześnie odciążając dysk twardy. W ramach technologii OptiNAND wykorzystuje się układ SoC dysku do sterowania komunikacją z dyskiem flash będącym częścią dysku – iNAND. Technologia OptiNAND umożliwia zwiększenie powierzchni poprzez zwiększenie liczby ścieżek na cal. Praca dysku twardego wiąże się z generowaniem gigabajtów metadanych, które mogą zostać wykorzystane do zwiększenia gęstości. Ponieważ nie ma sensu przechowywania tych danych w pamięci DRAM, OptiNAND oferuje tani magazyn danych na te metadane, które mogą być zapisywane i odczytywane w czasie rzeczywistym jednocześnie nie zajmując miejsca na dysku talerzowym. Pierwsza generacja produktów z OptiNAND zapewnia największą jak do tej pory pojemność aż 20 TB3 na 9-dyskowej platformie (2,2 TB na talerz) z zapisem danych w formacie CMR.
Zaletą OptiNAND jest też zwiększenie wydajności pracy dysku. W sytuacji wyłączenia awaryjnego OptiNAND może przenieść 100MB pamięci podręcznej do iNAND – w standardowym dysku wielkość ta wynosiła 2MB. Z pojemnością, która pozwala na przechowywanie ponad 100 MB danych podczas wyłączenia awaryjnego, losowa wydajność zapisu w trybie wyłączonego zapisu pamięci podręcznej (write cache disabled – WCD) może zbliżyć się do tej przy włączonym trybie zapisu pamięci podręcznej
(write cache enabled – WCE).
Więcej informacji znajdziesz w dokumencie przygotowanym przez WesternDigital.
Przejdźmy teraz do naszych testów, zaczynając od systemu QTS urządzenia testującego.
Testy zaczynamy od samego NAS, czyli systemu QTS i tego, jak system „widzi” dyski. Do testów używamy systemu QTS 5.1.3 działającego na urządzeniu TS-h474. Dlaczego QTS a nie QuTS hero? Wynika to tylko z dotychczasowych testów – wszystkie dyski do tej pory testowaliśmy właśnie w systemie QTS. Dodatkowo QuTS hero posiada szereg mechanizmów optymizujących zapis danych, co mógłby wpływać negatywnie na testy. Urządzenie testujące wyposażone jest w 4 zatoki SATA 3,5″ / 2,5″ oraz 2 złącza M.2 NVMe PCIe. W naszym przypadku korzystamy z wszystkich zatok 3,5″, ponieważ do dyspozycji mamy 4 dyski WD RED. System oczywiście od razu wykrywa model i producenta oraz, ponieważ mamy zainstalowane dyski WesternDigital – wyświetla informację z narzędzia producenta, które jest dostępne w systemie QTS – w tym przypadku WDDA (Western Digital Device Analytics).
W aplikacji Pamięć Masowa i Migawki możemy oczywiście uzyskać szczegółowe informacje na temat każdego z dysków, w tym informacje S.M.A.R.T. raportowane przez sam dysk, informacje o wersji firmware, pojemności (faktycznej i deklarowanej), temperaturę pracy oraz ogólny stan dysku. Tutaj jeszcze warto zaznaczyć, skąd rozbieżność na faktyczną i deklarowaną pojemność.
Różnica nie wynika z błędnego oznaczenia dysku czy celowego działania producenta, tylko z przeliczników stosowanych w tym przypadku. Standardowo pojemność dysków podawana jest w systemie dziesiętnym (base 10), gdzie jeden terabajt (TB) równa się 1 000 000 000 000 bajtom. Duża część systemów operacyjnych używa systemu binarnego do oznaczenia pojemności, a więc jeden megabajt to 1 048 576 bajtów, a jeden terabajt równa się 1 099 511 627 776 bajtom. Co ważne, niezależnie od systemu wykorzystywanego do oznaczenia pojemności, mówimy o takiej samej faktycznej przestrzeni. Dlatego dysk o wielkości 20TB (deklarowana) ma faktyczną pojemność 18,19TB (faktyczna). Taka notacja może być myląca, jednak jest to standard wykorzystywany przez producentów dysków, więc warto to mieć na uwadze.
Nas jednak interesuje funkcja sprawdzania wydajności dysków, którą znajdziemy w systemie QTS oraz QuTS hero. Jest to mechanizm, który pozwala sprawdzić wydajność każdego z dysków pod kątem odczytu sekwencyjnego oraz odczytu IOPS. Test oczywiście wykonujemy dla wszystkich dysków:
Jak widać na powyższym zrzucie ekranu, dyski pozwalają na odczyt z prędkością średnią 262,05 MB/s (najwyższy wynik to 264,91MB/s), co jest zbliżone do maksymalnej wartości deklarowanej przez producenta (268 MB/s). W przypadku IOPS średnia to 190 IOPS, co jest wynikiem bardzo dobrym, biorąc pod uwagę, że korzystamy z dysków HDD.
W przypadku dysków HDD system nie oferuje żadnego dodatkowego narzędzia testującego, jak ma to miejsce w przypadku dysków SSD, gdzie możliwe jest skorzystanie z mechanizmu SSD over-provisioning. Wydajność dysków HDD nie ulega z czasem degradacji (oczywiście poza faktyczną awarią), więc takie pomiary nie miałby sensu.
W takim razie przejdźmy do pierwszego zestawu testów, a więc DiskFill Test.
Kolejnym testem przeprowadzanym w ramach testów dysków, jest DiskFill Test. Jest on wykonywany z poziomu systemu QTS, a więc bezpośrednio w urządzeniu, gdzie pracują dyski. Aplikacja DiskFill Test została umieszczona w specjalnie utworzonym katalogu, do którego logujemy się za pomocą SSH. Aplikacja zapisuje dziesięć razy plik o wielkości 1024 MB a następnie te pliki odczytuje. Test ma na celu pomiar czasu potrzebnego na wykonanie każdej z operacji, wyniki zapisywane są do osobnego pliku, znajdującego się w innym katalogu, niż tworzone piki testowe. Tutaj trzeba też podkreślić, że jest to test zapisu i odczytu sekwencyjnego.
W naszym teście skupiamy się za zapisie, dlatego też w tabeli i na wykresach poniżej widoczne będą tylko te wartości.
Pierwszym, co rzuca się w oczy są wyniki dysków WD201KFGX w RAID 10, gdzie widzimy wynik znacząco niższy niż w przypadku RAID 0 czy RAID 5. Można tutaj wysnuć pewne wnioski, jednak pewnie byłyby błędne – wyniki w powyższej tabeli są poprawne. To jest test zapisu i tutaj należy podkreślić, że w RAID 10 zapis będzie wynosił ok. 2x wydajność pojedycznego dysku (a więc 268MB/s x2). Biorąc pod uwagę, wyniki wyglądają nieźle. Drugą rzeczą, która zwraca uwagę jest to, jak mocno spada wydajność z każdym kolejnym procesem zapisu w RAID 10 i RAID 5. Tutaj najmocniej zwraca uwagę spadek wydajności w RAID 5 – z 1133,33 do 511,89 – a więc o ponad 50%!
Wyniki z tabeli pokazujemy też w formie wykresu, ponieważ pozwala prześledzić jak wyniki kształtowały się w czasie i zobaczyć, jak wyglądały kolejne etapy testu. Tutaj jeszcze lepiej widać bardzo duże wahania prędkości zapisu, gdy dyski pracowały w RAID 5. W kolejnych testach zobaczymy, czy taka sytuacja będzie się powtarzała czy będzie inaczej.
Poglądowo prezentujemy też proces zapisu w formie wykresu dla każdego poziomu RAID z osobna:
Przejdźmy teraz do testów DD w konsoli QNAP.
DD znane jest każdemu użytkownikowi linuksa i ogólnie systemów *nix (a przynajmniej powinno być). Służy do wykonywania dokładnych kopii dysków i nośników – np. pozwala utworzyć idealną kopię pendrive czy płyty. W przypadku naszych testów korzystamy z dd do wykonywania sekwencyjnego zapisu plików aby sprawdzić, z jaką prędkością i w jakim czasie każdy z nich zostanie zapisany na testowanym dysku. Podczas testu wykonywane jest przekierowanie danych z urządzenia /dev/zero do pliku na woluminie, który został utworzony w określonej grupie RAID. Zapisujemy i odczytujemy 1GB danych w plikach po 256KB. W ten sposób system zapisuje sekwencyjnie bardzo dużą liczbę małych plików, następnie oczekuje 5 minut i rozpoczyna ich odczyt. Wyniki otrzymane podczas tego testu prezentujemy na poniższych wykresach i w tabelkach.
Zacznijmy od wyników zapisu, które zostały zaprezentowane formie wykresu oraz w tabeli. Najlepsze wyniki udało nam się uzyskać w sytuacji, gdy dyski były połączone w RAID 0, co jest dosyć zrozumiałe, ponieważ w takiej konfiguracji korzystamy z wspólnej przepustowości wszystkich dysków. Średnia wartość zapisu w RAID 0 wynosiła 826,62 MB/s i była znacząco wyższa od pozostałych wyników, gdzie w RAID 5 średnia to 602,67 MB/s a w RAID 10 tylko 546,96 MB/s. Podobną sytuację mamy w przypadku odczytu danych, gdzie znowu dyski zaoferowały najwyższą wydajność w RAID 0, gorszą w RAID 5 i najgorszą w RAID 10.
Dokładnie odwrotnie wyglądają wykresy dla średniego czasu zapisu i odczytu danych:
Jednak w tym przypadku musimy wziąć pod uwagę fakt, że im wyższy wynik, tym gorzej. A więc widoczna jest pełna zbieżność z wynikami prędkości – Dyski WD Red Pro najlepiej działały podczas testu w RAID 0 a najgorzej w RAID 10.
Podczas trwania testu rejestrujemy wynik dla każdej operacji, dlatego możemy prześledzić jak wyglądała prędkość i czas podczas zapisu każdego z 256 plików. Poniżej prezentujemy wyniki dla odczytów i zapisów zrealizowanych na każdym poziomie RAID. Wykresy prezentujemy poglądowo, bez dodatkowego komentarza:
Odczyt
ZAPIS
To tyle, jeśli chodzi o testy bezpośredniej obsługi dysków z poziomu QNAP. Kolejne testy wykonujemy z poziomu maszyny z systemem Windows Server 2022.
Testy z poziomu systemu Windows rozpoczynamy od ATTO Disk Benchmark. Jest to darmowa aplikacja, która pozwala zmierzyć prędkości zapisu i odczytu oraz liczbę IOPS. Ten test jest też pierwszym testem wykorzystania dysków WD RED po stronie QNAP do stworzenia blokowego LUN, który następnie zostaje podłączony do Windows przez iSCSI oraz sformatowany w systemie plików NTFS. Do każdego testu utworzono LUN o wielkości 1024GB. Test obejmuje wielokrotny pias i odczyt plikiem o wielkości 32GB przy wielkości I/O w zakresie 512B do 64GB. Poniżej widzimy zestawienie wyników w zależności od RAID z podziałem na przepustowość w MB/s oraz IOPS.
RAID 0
Sprawdźmy, jak wyglądają wartości zmierzonej przepustowości.
Najszybsza zmierzona wartość zapisu to 1,06 GB/s a zapisu to 1,15 GB/s. Warto jednak zaznaczyć, że w przypadku odczytu mieliśmy więcej wyników zbliżonych do maksimum. Wyniki te uzyskaliśmy przy wielkości I/O w zakresie 32KB do 8 MB.
W przypadku IOPS wyniki są oczywiście znacząco niskie (w końcu mamy do czynienia z dyskami HDD), jednak w przeciwieństwie do wyników MB/s, tutaj najlepsze wyniki uzyskujemy w zakresie do 32KB (wielkość I/O).
RAID 5
Zobaczmy teraz, jakie wyniki uzyskaliśmy w konfiguracji RAID 5:
W tym przypadku wyniki są trochę gorsze niż w przypadku RAID 0, jednak widzimy podobną zależność w zakresie wielkości I/O – najwyższe prędkości udało nam się uzyskać też w zakresie 32KB do 8MB, jednak maksymalne wyniki są niższe.
Co ciekawe, liczba IOPS, które uzyskaliśmy w testach jest wyższa niż w przypadku RAID 0, jednak podobnie jak we wcześniejszej konfiguracji, najlepsze wyniki uzyskujemy przy najmniejszej wielkości I/O.
RAID 10
Dyski WD RED działające w RAID 10 w naszym testowym QNAP NAS pozwoliły w tej konfiguracji uzyskać maksymalnie 1,15 GB/s w odczycie oraz 617,28 MB/s w zapisie. Co prawda są to najniższe wyniki z całej serii testów, jednak widzimy podobną zależność do wielkości I/O jak w poprzednich testach.
Jednak w przypadku IOPS wyniki w RAID 10 wyglądają zdecydowanie najlepiej – w przypadku zapisu udało nam się znacząco przekroczyć wartości uzyskane w RAID 0 i RAID 5. Co ważne, podczas pracy ATTO Disk Benchmark pomijamy Write Cache oraz żaden cache nie jest skonfigurowany na poziomie urządzenia (osobna opcja w QTS), więc możemy wnioskować, że to możliwości samych dysków.
Teraz czas na testy CristalDisk Mark.
CristalDiskMark jest aplikacją, która pozwala nam wykonywać jednoczesne pomiary kilku parametrów, dlatego w każdym teście zmierzymy prędkość zapisu i odczytu sekwencyjnego oraz liczbę IOPS zapisu i odczytu losowego blokiem 4k.
Podobnie, jak wcześniej, przy użyciu CristalDiskMark wykonaliśmy szereg identycznych testów w trzech konfiguracjach łączących 4 dyski twarde:
Dla każdego z nich, zostały przeprowadzone następujące pomiary:
Zacznijmy od przeanalizowania wyników prędkości podczas zapisu i odczytu danych:
W tych testach serwer wyposażony był w wbudowane porty 10GbE SFP+, natomiast do QNAP została podłączona karta 2x 25GbE. W testach sekwencyjnego transferu plików w trzech poziomach RAID udało nam się uzyskać wyniki przedstawanie na powyższym wykresie. Jak widać, w przypadku małego pliku testowego, niezależnie od poziomu RAID odczyt jest bardzo zbliżony i mamy tutaj średnio 1235 MB/s. Dopiero podczas zapisu pojawiły się pewne odchyły i tutaj najgorzej wypadł RAID 5 z średnią 987 MB/s (średnia z testów 10×90 i 90×10).
Zdecydowanie większe różnice widzimy w przypadku testu dużym plikiem 1x64GiB. Tutaj zdecydowanie najlepiej dyski WD RED PRO wypadają w pracy w RAID 0 a najgorzej w konfiguracji RAID 10. Nie jest to zaskakujące, ponieważ RAID 10 najlepiej sprawdza się w przypadku zapisów losowych, a w przypadku tego testu CristalDiskMark mamy do czynienia z zapisem sekwencyjnym. Poniżej zestawienie wyników dostępne też w formie tabelarycznej:
Zobaczmy teraz, jak wyglądają wyniki dla testów zapisu losowego blokiem 4K. Podobnie jak w powyższych testach, tutaj też mamy do czynienia z zestawieniem wyników wykonanych w kilku opcjach konfiguracyjnych.
Powyższe wyniki jasno pokazują, jak duża różnica pod kątem liczby IOPS występuje pomiędzy zapisem/odczytem małych a dużych plików.
Do tych wyników należy jednak podchodzić z dużą ostrożnością, ponieważ mówimy o pracy dysku HDD. Z testu w QTS wiemy, że każdy z dysków jest w stanie osiągnąć ok 190 IOPS odczytu losowego. Powyższe wyniki osiągnięte przez CristalDiskMark są tak naprawdę wypadkową wielu czynników, w tym pamięci RAM każdego z urządzeń, procesora, systemu. CristalDiskMark ma dosyć dobre wyniki w przypadku liczenia przepustowości sekwencyjnej, jednak w przypadku IOPS wyniki nie mogą być traktowane jako wyznacznik możliwości dysków.
Przejdźmy teraz do testów wykonanych przy użyciu IOmeter.
IOmeter jest swoistym wyznacznikiem dla wszystkich benchmarków, ponieważ aplikacja pozwala wykonać szereg testów o różnych parametrach, aby zweryfikować wydajność danej przestrzeni dyskowej. Dlatego w tym teście dyski WD RED PRO poddajemy testom IOmeter, gdzie testować będziemy wydajność w oparciu o blokowy LUN o wielkości 1024 MB, który został utworzony w Puli Pamięci założonej kolejno na trzech typach RAID.
Na potrzeby wykonywanego benchmarku, dyski poddamy zestawowi następujących testów:
W podsumowaniu każdego z testów znajdziemy zarówno wyniki odczytu i zapisu w MB/s, ale także wynik IOPS zapisu i odczytu.
Ze względu na sortowanie tabeli przestawnej w excel, zwróć uwagę na kolejność testów przedstawioną na wykresie i w tabeli.
Jak widać, najlepsze wyniki udało nam się w każdym przypadku w RAID 0, co już wielokrotnie w naszych testach widzieliśmy, jednak tutaj dodatkowo możemy zobaczyć, jak duża różnica pojawia się pomiędzy procesami zapisu/odczytu sekwencyjnego i losowego. Po raz kolejny widzimy, jak przekłada się stosowanie dysków HDD na wydajność w środowiskach wymagających dużej liczby IOPS na potrzeby np. maszyn wirtualnych czy baz danych. O ile w przypadku zastosowań charakteryzujących się sekwencyjnymi transferami dyski WD RED PRO sprawdzają się świetnie, o tyle w środowisku losowym nie jest już tak dobrze – tam powinniśmy stosować inne rozwiązania (które zresztą WesternDigital też ma w swojej ofercie).
Najwyższa zmierzona wartość przesyłania plików to 928,30 MB/s w teście 64KB zapisu sekwencyjnego, natomiast najszybszy odczyt udało się uzyskać w teście 8KB odczytu sekwencyjnego – 849,33 MB/s.
Zobaczmy jeszcze, jak wygląda wydajność IOPS:
W przeciwieństwie do przepustowości, najlepsze wyniki IOPS uzyskujemy w zupełnie innych przypadkach testowych. W tym wypadku najlepsze wyniki pojawiają się w testach wykonanych mała wielkością bloku, jednak co ciekawe, zapis odczyt sekwencyjny pozwoliły uzyskać lepsze wartości niż zapis/odczyt losowy.
W przypadku testu IOPS w IOmeter, najlepszy wynik to 117801 IOPS w zapisie sekwencyjnym 4K (RAID 0). najlepszy odczyt to 103678 IOPS w teście 8K i również RAID 0.
W powyższej tabeli mamy też wszystkie wyniki zsumowane. Nie jest to pomyłka – chcieliśmy sprawdzić, jakie będą ogólne wyniki wszystkich testów dla każdego z RAID. I tak widzimy, że sumarycznie najwięcej IOPS uzyskaliśmy w RAID 0, natomiast najmniej w RAID 10. Jest to kolejny dowód na to, że dyski HDD działające w RAID 10 nie zawsze będą najlepszym rozwiązaniem pod kątem wydajności. Poziom RAID musi być dobierany do zastosowań, w przeciwnym razie teoretycznie lepsza konfiguracja może przynieść dużo gorsze wyniki.
IOMeter zapisuje też wyniki uzyskane w całym czasie wykonywanego testu i te wyniki prezentujemy niżej. Podczas realizacji zapisu i odczytu, IOmeter zapisuje do pliku z wynikami liczbę IOPS w każdym testowym przedziale czasu (podział sekundowy). To pozwala nam zobaczyć, na jakim etapie testu udało się uzyskać najwyższe wyniki, a kiedy wydajność spadała. Warto tutaj zwróci uwagę na wyniki najwyższe, dochodzące nawet do 3 mln IOPS, które później z biegiem czasu spadały. Jednak porównując ten wykres z wykresami innych testowanych przez nas dysków, początkowa faza, w której wydajność jest najwyższa jest najmocniej zaznaczona i widoczna. Oczywistym też jest, że im większy rozmiar bloku, tym dłużej raportowana jest wydajność (kwestia czasu potrzebnego na zapis bloku).
Przejdźmy do kolejnego testu, AJA System Test.
Testy wykonywane przy użyciu AJA System Test pozwalają nam sprawdzić, jak dyski będą zachowywały się w środowisku normalnej pracy. Aplikacja testuje dysk pod kątem pracy z materiałem wideo – możemy wybrać rodzaj testowego pliku (zgodny z różnymi standardami wideo) oraz jego wielkość (256MB, 512MB, 1GB, 4GB, 16GB oraz 64GB). Taki plik jest zapisywany i doczytywany, a aplikacja wyświetla prędkość, z jaką była w stanie obie operacje wykonać. Test wykonujemy w oparciu o symulowane pliki 5120×2700 5K z kamery RED. Wyniki, które uzyskaliśmy podczas testów widoczne są poniżej w tabelkach i na wykresach.
Pierwszy wykres ukazuje prędkość, którą uzyskała aplikacja podczas zapisu testowego pliku wideo. I tutaj świetnie widać, jak ogromna różnica występuje pomiędzy dyskami Kingston DC600M pracującymi w RAID 0 i RAID 10 a RAID 5. Ten ostatni wypadał najgorzej w każdym przypadku.
Testy przeprowadzone z poziomu aplikacji AJA System Test pozwoliły uzyskać najlepsze wyniki w momencie, gdy dyski WD RED PRO pracowały połączone w RAID 0. Poza testem 512MB, zawsze najniższe wartości udawało się uzyskać w konfiguracji RAID 10, co jest o tyle zrozumiałe, że dyski proces testowania obejmuje zapis jednego dużego pliku, a więc proces realizowany jest jako zapis sekwencyjny. Dodatkowo, wypadkowa prędkości dysków działających w RAID 10 jest niższa niż w RAID 0, co też bezpośrednio wypływa na zarejestrowane wyniki. Przy czterech dyskach, możemy przyjąć przepustowość całości w zapisie na poziomie dwukrotności przepustowości pojedynczego dysku. Czyli maksymalnie 560MB/s. Niemniej, ogólnie podczas testów udało nam się osiągnąć wyniki ponad 1100 MB/s w RAID 0, co jest zgodne z możliwościami dysków HDD, które wg. specyfikacji pozwalają na przepustowość na poziomie do 280 MB/s każdy. Zobaczmy jeszcze poniżej w tabeli, jak kształtują się wyniki.
W powyższej tabeli dokładnie widać to, o czym pisaliśmy wcześniej, a więc jak poziom RAID przekłada się na możliwości dysków działających w konkretnych grupach RAID.
Zobaczmy też, jak wygląda zestawienie zapisu i odczytu w testach AJA System Test:
Porównanie zapisu i odczytu na dyskach WD RED PRO w zależności od poziomu RAID pokazuje, że w przypadku mniejszych plików możemy oczekiwać wysokich transferów, które w przypadku większych plików zaczynają spadać. Średnio najwyższe wyniki uzyskujemy oczywiście w przypadku RAID 0, najgorsze w RAID 10. Tutaj znowu dochodzimy do tego, że w RAID 10 wydajność zapisu jest o połowę niższa niż w przypadku RAID 0, co dobrze widać na powyższym wykresie.
W tabeli możemy zobaczyć dokładnie, jak w zależności od testu i poziomu RAID kształtowały się wyniki, które widzieliśmy w AJA System Test. Należy tutaj jednak podkreślić typ testów – to jest proces zapisu i odczytu sekwencyjnego, który ma symulować pracę na materiale wideo wysokiej rozdzielczości. Jak już zaznaczyliśmy wyżej, tutaj mamy symulowany plik o rozdzielczości 5K z kamery RED. Przy wyborze innego typu pliku testowego wyniki mogą się różnić.
Zobaczmy teraz, jak wyglądają wyniki zapisu przez robocopy.
Ostatni test, który zwykle wykonujemy, to robocopy. Dyski WD RED PRO 20TB połączone są standardowo w trzy grupy RAID, na nich stworzona jest pula pamięci i dwa zasoby – wolumin oraz blokowy LUN. Oba maja wielkość 1TB. Test wykonujemy z poziomu Windows Server 2022, którego częścią jest aplikacja robocopy. Test wykonujemy z poziomu konsoli powershell, mierząc i zapisując szybkość kopiowania oraz czas.Testy dzielimy na dwa rodzaje – kopiowanie danych na NAS poprzez udział SMB oraz kopia na na LUN blokowy, oba procesy korzystają z łącza 10GbE. Test kopiowania po SMB obejmuje przesłanie 100 GB danych na trzy sposoby: 100 plików po 1GB, 10 plików po 10GB oraz 1 plik 100GB. Każdy zestaw testowy jest zapisywany trzykrotnie, a na wykresach poniżej prezentujemy wyniki. W przypadku testu zapisu na LUN blokowy, dodajemy czwarty rodzaj plików – 100GB plików o wielkości 1MB każdy, aby zobaczyć, jak dyski poradzą sobie z taką liczbą małych plików.
Pierwszy wykres prezentuje średnie wyniki zapisu danych na podłączony przez iSCSI dysk, a więc w każdej konfiguracji dysków WD RED PRO wykonujemy 4 testy. Wyniki widoczne są poniżej:
W tym przypadku najgorsze wyniki uzyskaliśmy w przypadku RAID 5, najlepsze w RAID 0. Jest to drobna zmiana, ponieważ wcześniejsze testy wykazywały lepsze zachowanie dysków w RAID 5 niż RAID 10. Co ważne, nie widzimy spadku w przypadku małych plików – wręcz przeciwnie, zapis wykonany jest szybciej, niż w przypadku dużego pliku. Zobaczmy jeszcze jak całość kształtuje się na wykresie, gdzie dodatkowo nałożyliśmy średnią (pomarańczowa linia) i medianę (niebieska linia).
Drugi test to zapis na zasób SMB. Dlatego też tutaj dla każdej grupy RAID wykonujemy trzy testy (100x1GB, 10x10GB i 1x100GB). Tutaj widzimy średni czas oraz średnią prędkość (z 3 powtórzeń). Prędkość prezentowana jest w GB/s.
Tutaj podobnie – w przypadku testu tego rodzaju, najgorsze wyniki uzyskaliśmy w przypadku połączenia dysków WD RED PRO 20TB w grupę RAID 5, najlepsze – RAID 0. Trzeba jednak tutaj podkreślić, że średnia różnica dla wszystkich procesów wynosiła aż 1:35 minuty, czyli niemal 100% czasu więcej było potrzebne do zakończenia zadań zapisu w RAID 5. Dodatkowo, zapisując przez SMB (w wersji 3) zdecydowanie najszybciej wykonany został proces zapisu 100 plików o wielkości 1GB każdy a najgorzej wypadł zapis 10 plików po 10GB.
Podsumowując, wciąż dyski WD RED PRO najlepsze wyniki oferują działając z RAID 0, jednak biorąc pod uwagę kwestie redundancji, dobór poziomu RAID powinien zależeć od docelowego zastosowania.
Po raz pierwszy trafiły do nas klasyczne dyski HDD, które jednak nie są klasyczne. WesternDigital od wielu lat dostarcza dyski HDD dla klientów każdego sektora, które mogą być stosowane w urządzeniach NAS – a więc tworzone są z myślą o pracy ciągłej – taki dysk ma działać 24 godziny na dobę, siedem dni w tygodniu. I tak się dzieje – tysiące takich dysków działają u klientów. Dla nas interesujące są głównie dyski tworzone z myślą o urządzeniach NAS, a w portfolio Western Digital można znaleść dwie takie serie – WD RED i WD RED PRO, potocznie zwane „czerwonymi”, co też potwierdza etykieta dysku. Samo portfolio WD jest szersze i dyski wyższych serii również mogą być stosowane w NAS’ach, jednak serie PRO zostały stworzone z myślą o tym konkretnym zastosowaniu. Dyski RED zwykle stosowane są w mniejszych urządzeniach (wg. producenta nadają się do pracy w grupach do 8 dysków w RAID) i objęte są 3-letnią gwarancją producenta. Dla większych urządzeń i bardziej wymagających klientów firma przygotowała serię PRO – dyski mogą działać w grupach większych niż 8 dysków oraz objęte są gwarancją 5-letnią.
Dla nas te kwestie podczas testów były mniej istotne, ponieważ wykonujemy testy maksymalnie 4 dysków, jednak zaznaczamy te różnice, ponieważ powinny mieć znaczenie podczas doboru dysków do konkretnych zastosowań.
Dyski, które nam dostarczono to nowa konstrukcja, która korzysta z mechanizmu OptiNAND, a więc w dysku HDD zastosowano dodatkową pamięć flash. Jednak należy tutaj podkreślić, że nie jest to mechanizm przestrzeni hybrydowej, gdzie HDD i SDD zamknięte są w jednej obudowie, a raczej mechanizm wykorzystujący pamięć flash do optymalizacji pracy dysku i zwiększenia jego wydajności. Każdy z testowanych dysków WD201KFGX oferuje 20TB przestrzeni (18,19 TB przestrzeni użytkowej – tę różnicę wytłumaczyliśmy wcześniej w artykule) i jest zbudowany w technologi CMR (więcej o technologii tutaj).
Same dyski okazały się bardzo wydajne jak na HDD. Do tej pory większość testowanych dysków to dyski flash, a więc testując HDD zwykle mamy zupełnie inne wyniki, jednak biorąc pod uwagę to, jak ewoluuje wydajność HDD, należy na nie patrzeć zupełnie inaczej. WD201KFGX wg. producenta oferują przepustowość na poziomie 268 MB/s, co udało nam się wielokrotnie potwierdzić w testach – nawet bezpośrednio w systemie QTS, gdzie system zmierzył odczyt sekwencyjny na poziomie 264,9 MB/s, a więc prawie 100% deklarowanej wartości.
W pozostałych testach dyski wypadały bardzo dobrze, oczywiście musimy tutaj pamiętać o dwóch istotnych czynnikach, które przełożyły się na te wyniki. Po pierwsze, mamy do czynienia z dyskami HDD, które oferują małą wydajność liczoną w IOPS, a więc z założenia nie nadają się do zastosowań wymagających wysokiej wydajności IOPS – środowisk wirtualizacji, baz danych, AI, etc., gdzie stosuje się dyski SSD. Po drugie, jeśli dysk oferuje przepustowość na poziomie 268 MB/s (co jest wysokim wynikiem jak na dysk HDD), to jednak w zależności od grupy RAID, w której dyski pracują, różnice będą bardzo zauważalne. Generalnie w RAID 0 możemy przyjąć, że grupa teoretycznie działa z przepustowością zapisu sumaryczną wszystkich dysków (a więc 4x 268 MB/s). W RAID 5 będzie to 3x 268MB/s i w RAID 10 2x 268MB/s. W przypadku odczytu te wartości będą inne, bo np. w RAID 10 to też będzie 4x 268MB/s jak w RAID 0. Jednak w praktyce na te wartości ma wpływ więcej czynników, dlatego w różnych przeprowadzonych testach uzyskaliśmy różne wyniki.
Podsumowując – dyski HDD są coraz większe, coraz wydajniejsze i wbrew niektórym opiniom, nigdzie się w najbliższej przyszłości nie wybierają. WD201KFGX i pozostałe dyski z serii WD RED PRO z technologią OptiNAND świetnie sprawdzą się w zastosowaniach wymagających dużej przestrzeni dyskowej, a pracując w wydajnym NAS są w stanie zaoferować bardzo dobre wyniki pracy. Jeśli szukasz dysków do mieszanego zastosowania – nie tylko do przechowywania backupu, ale też mniejszych plików, dokumentów oraz innych danych firmowych na NAS’ie, model Western Digital WD201KFGX będzie świetnym wyborem. A dodatkowo przez 5 lat masz pewność, że w razie awarii producent będzie w stanie wymienić dysk na działający, a więc możesz spokojnie stosować te dyski w zastosowaniach biznesowych.
Więcej szczegółów na temat testowanych dysków znajdziesz na stronie producenta.
Uwaga
Testy zostały przeprowadzony w sposób niezależny. Firma WesternDigital nie płaciła za wykonanie testów jedynie dostarczyła cztery dyski, które zostały później przekazane do naszego labu. Wszystkie wyniki zostały uzyskane z założeniem określonej w treści metodyki badań w hermetycznym środowisku, dlatego mogą się nieznacznie różnić od wyników uzyskiwanych w innej konfiguracji sprzętowo-programowej. Spostrzeżenia własne autorów. Wszystkie materiały należą do autorów testu, chyba, że zaznaczono inaczej.
Urządzenie TS-h474, a więc przemysłowy model QNAP NAS możesz przetestować samodzielnie.
Skontaktuj się z Certyfikowanymi Partnerami firmy QNAP, których znajdziesz na stronie: https://www.qnap.com/pl-pl/where-to-buy/europe-cis/poland/premium-partner
Zapraszamy do zestawienia nowości ze świata backup i storage z ósmego tygodnia roku 2024r. https://www.servethehome.com/qnap-tr-004-usb-raid-enclosure-review-seagate-wd/…
Zapraszamy do zestawienia nowości ze świata backup i storage z siódmego tygodnia roku 2024r. https://www.servethehome.com/super-bowl-sunday-check-out-the-49ers-stadium-data-center-press-box-and-stats-room-intel/…
Backblaze, firma będąca operatorem data center od lat publikuje zestawienia ze statystykami awaryjności dysków HDD,…
Zapraszamy do zestawienia nowości ze świata backup i storage z szóstego tygodnia roku 2024r. https://www.storagenewsletter.com/2024/02/05/terramaster-d5-hybrid-usb-3-2-gen2-enclosure-with-2-bay-sata-hdd-and-three-m-2-ssd-slots/…
Zapraszamy do zestawienia nowości ze świata backup i storage z piątego tygodnia roku 2024r. https://www.storagenewsletter.com/2024/01/26/data-on-kubernetes-community-initiatives-automated-storage-scaling/…
Tajpej, Tajwan, lutego 1, 2024 — QNAP® Systems, Inc., wiodący innowator rozwiązań informatycznych, sieciowych i pamięci…