Tym razem nasz lab otrzymał po raz pierwszy do testów dyski w formacie m.2. WD SN700, bo o nich mowa, to szybkie dyski SSD NVMe M.2, które zaprojektowane są do pracy w NASach, a więc zostały stworzone do ciągłej, długiej i wydajnej pracy. Świadczy o tym między innymi 5-letnia gwarancja producenta. Zobaczymy, jak te dyski sprawdzają się w pracy w NAS oraz jak szybkie potrafią być w praktyce.
Seria WD Red to dyski zaprojektowane z myślą o ciągłej pracy, 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu. Dlatego też producent zaleca stosowanie dysków tej serii red w NASach, które z założenia pracują bez przerwy. Tylko po co w NASie takie dyski? Otóż zastosowań jest wiele. Przede wszystkim możliwość uruchomienia cache, a więc dodatkowej pamięci podręcznej zapisu, odczytu lub zapisu i odczytu danych. W ten sposób niezależnie od typu dysków zamontowanych w NAS, jesteśmy w stanie znacząco przyspieszyć pracę z danymi zapisanymi na NAS. Kolejny przykład zastosowania to pamięć robocza, a więc przestrzeń na dane. Jeśli na NAS uruchamiamy aplikacje wymagające dużej liczby IOPS albo maszyny wirtualne czy kontenery, szybkie dyski SSD pozwolą takim aplikacjom i systemom działać dużo wydajniej. No i oczywiście sytuacja, gdy pracujemy na dużych plikach multimedialnych – dzięki szybkim dyskom i wysokiemu transferowi w sieci jesteśmy w stanie pracować bezpośrednio na materiale źródłowym, który jest zapisany na NAS, nawet, jeśli ma wysoką rozdzielczość.
Dyski WD Red SN700 dostępne są w kilku pojemnościach – od 250GB do 4TB i poza najmniejszym wszystkie oferują zbliżone, wysokie prędkości odczytu i zapisu danych, pozwalając na wydajną pracę. Należy jednak pamiętać, że są to dyski M.2 NVMe PCIe GEN3 x4, a więc maksimum wydajności zaoferują tylko, jeśli zamontujemy je w takim bądź szybszym porcie m.2. Jest to szalenie istotne, ponieważ urządzenia NAS dostarczane są w różnej konfiguracji i te posiadające wbudowane porty m.2 mają je w różnych wersjach, a więc dysk zamontowany w prawidłowym procie może działać zdecydowanie wolniej, niż wskazują deklaracje producenta. Dlatego też przed zakupem dysków warto zweryfikować możliwości swojego NASa.
W przypadku NASów marki QNAP mamy do dyspozycji dodatkową możliwość – jeśli NAS nie posiada portów m.2 lub posiada tylko wolniejsze złącza, możemy skorzystać z dodatkowej karty rozszerzeń – QM2. Są to karty PCIe z wbudowanymi złączami m.2, które możemy zamontować w QNAP NAS lub komputerach PC. W ofercie QNAP dostępne są karty różnego typu, więc w tym przypadku również warto mieć na uwadze to, jakie dyski chcemy stosować. Obecnie dostępne są następujące karty:
Jak widać kart jest dosyć dużo, jednak każda ma określoną specyfikację (podział na obsługę dysków M.2 SATA „S” i M.2 PCIe NVMe „P” oraz złącze PCIe określonej przepustowości), dlatego możliwe jest dobranie karty do konkretnego NAS i dysku. Przy czym informacja o złączu PCIe jest o tyle istotna, że musimy również sprawdzić łącze w QNAP NAS, aby szybka karta i odpowiednie szybkie dyski nie działały wolno, ponieważ wąskim gardłem będzie złącze PCIe na płycie głównej urządzenia. Do samych kart jeszcze wrócimy, ponieważ będziemy z takich kart korzystać podczas wykonywanych testów dysków WD Red SN700.
Zacznijmy jednak od specyfikacji testowanych dysków. Według producenta, firmy Western Digital, dyski WD Red SN700 NVMe SSD idealnie nadają się do nastepujących zastosowań:
| Format | 250GB: M.2 2280-S3-M 500GB: M.2 2280-S3-M 1TB: M.2 2280-S3-M 2TB: M.2 2280-S3-M 4TB: M.2 2280-D5-M |
| Pojemność | 250GB 500GB 1TB 2TB 4TB |
| Oznaczenie | 250GB: WDS250G1R0C 500GB: WDS500G1R0C 1TB: WDS100T1R0C 2TB: WDS200T1R0C 4TB: WDS400T1R0C |
| Interfejs | PCIe Gen3 8 Gb/s, up to 4 Lanes |
| Wymiary (długość, szerokość, wysokość, waga) | 80 x 22 x 2,38 7,5g (250GB, 500GB, 1TB, 2TB), 9,57g (4TB) |
| Odczyt sekwencyjny (MB/s) | 250GB: 3 100 500GB: 3 430 1TB: 3 430 2TB: 3 400 4TB: 3 400 |
| Zapis sekwencyjny (MB/s) | 250GB: 1 600 500GB: 2 600 1TB: 3 000 2TB: 2 900 4TB: 3 100 |
| Odczyt losowy 4KB (IOPS) | 250GB: 200K 500GB: 410K 1TB: 515K 2TB: 480K 4TB: 550K |
| Zapis losowy 4KB (IOPS) | 250GB: 180K 500GB: 380K 1TB: 560K 2TB: 540K 4TB: 520K |
| Żywotność (TBW – Terabytes Written) | 250GB: 500 500GB: 1 000 1TB: 2 000 2TB: 2 500 4TB: 5 100 |
| Zasilanie | 250GB: 2,8A / 70mW 500GB: 2,8A / 70mW 1TB: 2,8A / 100mW 2TB: 2,8A / 100mW 4TB: 2,8A / 100mW |
| MTTF (godzin) | 1 750 000 godzin |
| Gwarancja | 5 lat |
Według deklaracji producenta maksymalna prędkość odczytu danych z testowanych dysków o pojemności 500GB wynosi 3 430 MB/s a zapis 2 600 MB/s. Zweryfikujemy, czy takiej wartości są faktycznie możliwe do uzyskania podczas pracy w NAS.
Ponieważ mamy do czynienia z dyskami m.2 z interfejsem PCIe Gen3 x4, musimy skorzystać z dodatkowej karty QM2 pozwalającej na osiągnięcie pełnej przepustowości dysków w komunikacji z płytą główną NAS. Dlatego wybraliśmy do naszych testów kartę QM2-2P-384 gwarantującej nam odpowiednią przepustowość podczas testu obu dysków ssd. Karta została zainstalowana w modelu QNAP NAS TVS-882-i5-16G-450W, który posiada port PCIe Gen3 x16, co dodatkowo wykluczy możliwość wystąpienia wąskiego gardła na tym poziomie.
Środowisko testowe:
QNAP TVS-882-i5-16G-450W
Procesor: Intel® Core™ i5-7500 4-core 3.4 GHz, Max turbo 3.8 GHz
Pamięć systemowa: 16 GB UDIMM DDR4 (2 x 8GB)
Wnęki dysków: 6 dysków 3,5-calowych + 2 dyski 2,5-calowe SATA 6 Gb/s, 3 Gb/s
Porty LAN: 4
Port 10GbE: 2, LAN-10G2SF-MLX
Pełna specyfikacja sprzętowa dostępna jest tutaj: https://www.qnap.com/pl-pl/product/tvs-882/specs/hardware
Serwer testujący:
DELL Vostro
Procesor: Intel i5
Pamięć systemowa: 16GB
Gniazdo PCIe: 2
Sieć 1GbE: 1
Sieć 10GbE: 2, karta QXP-10G2SF-CX4
Dyski: dysk systemowy 250GB (nie jest wykorzystywany w testach), dysk na potrzeby testów – Kingston DC500M 480GB sformatowany w systemie plików NTFS
System: Windows 10 Professional
Do testów otrzymaliśmy trzy dyski SN700, jednak ze względu na możliwości NAS przetestujemy je na kilka sposobów, ale jednocześnie będziemy łączyć maksymalnie 2 dyski. Jest to spowodowane wymaganiami dotyczącymi złącz PCIe. Łączenie szybszej i wolniejszej karty mijałoby się z celem, dlatego zostaniemy przy testach w RAID 0 oraz RAID 1. Dodatkowo zweryfikujemy, jak taki dysk będzie w stanie przyspieszyć odczyt/zapis działając jako cache. Niezależnie od poziomu RAID, konfiguracja na poziomie logicznym będzie podobna:
Pula Pamięci na pojedynczym dysku z woluminem systemowym. Na tym woluminie znajdują się skrypty i zapisywane są wyniki.
Pula Pamięci #2 stworzona z dwóch dysków. W tej puli tworzone są:
Wolumin cienki (Thin Volume) o wielkości 800GB (RAID 0) lub 380GB (RAID 1) z folderem udostępnionym. Folder będzie używany do zapisu/odczytu danych przy użyciu protokołu SMB. Dlatego w konfiguracji folderu ustawiona została obsługa wersji SMB 3. Dodatkowo skorzystamy z opcji SMB Multipath. Tutaj trzeba jednak zaznaczyć, że obsługa wielościeżkowa w SMB jest wciąż na etapie wersji beta, dlatego standardowo nie jest ona dostępna w QNAP.
Dodatkowo tworzymy LUN blokowy o wielkości 800GB (RAID 0) lub 380GB (RAID 1), rozmiar sektora 4K. LUN zostanie sformatowany z poziomu Windows 10 w systemie plików NTFS.
Połączenie sieciowe:
Urządzenia podłączone są portami 1GbE do przełącznika QNAP QSW-M408-4C w celu zapewnienia łączności z siecią Internet jak również do komunikacji poza wykonywanymi testami. Na potrzeby testów dodatkowo połączyliśmy oba urządzenia dwoma przewodami DAC, które pozwalają uzyskać połączenie 2x 10GbE. To łącze będzie wykorzystywane na potrzeby testów.
Testy wykonano przy użyciu:
Test 1 – QTS
Standardowo testy zaczynamy od sprawdzenia, jak sam QNAP jest w stanie wykorzystać podłączone dyski. Korzystamy z wbudowanych narzędzi w aplikację Pamięć Masowa i Migawki w systemie QTS (w tych testach po raz pierwszy korzystamy z nowego systemu z QTS 5.0). System jest w stanie sprawdzić prędkość odczytu sekwencyjnego oraz IOPS takiego odczytu. Po wykonaniu testu zobaczyliśmy następujące wyniki:
Wbudowane narzędzie testowania dysków w QNAP wykazało, że oba podłączone dyski oferują odczyt sekwencyjny na poziomie 3 190 GB/s, co jest o 210 GB/s niższą wartością, niż deklarowana przez producenta dla tego typu dysków. Jednak na tym etapie jest to wstępny wynik, który w kolejnych testach zostanie potwierdzony lub obalony. Warto jednak podkreślić, że oba dyski działały podczas testu z dokładnie tą samą wartością odczytu. Jeśli chodzi o wynik odczytu IOPS, tutaj wartości nieznacznie się różnią -odpowiednio mamy tutaj 306 473 i 306 674 IOPS. Te wartości są również niższe niż wartości wynikające z tabelki ze specyfikacją, jednak podobnie jak wcześniej, nie wiążemy z tym wynikiem póki co żadnych oczekiwań.
Przejdźmy teraz do wyników uzyskanych przez narzędzie profilowania dysków ssd dostępne w systemie QNAP QTS. Narzędzie Profilowania Dysków to aplikacja, którą możemy doinstalować w systemie QTS 5.0, a pozwala ona ocenić działanie dysku SSD pod różnym obciążeniem. Znaczące jest tutaj występowanie zjawiska Write Amplification.
Przypomnijmy, czym jest Write Amplification. W sytuacji, gdy na dysku SSD dostępna jest mała ilość wolnej przestrzeni, dysk nie jest w stanie przyjmować kolejnych zapisów z dotychczasową wydajnością. W przeciwieństwie do dysków magnetycznych, dane na dysku SSD nie mogą zostać po prostu nadpisane. Za każdym razem, gdy zapisujemy kolejne dane, oprogramowanie dysku musi sprawdzić, które bloki dysku są wolne, zgromadzić te częściowo wykorzystane bloki i zwolnić przestrzeń. Dopiero wtedy nowe dane mogą zostać zapisane. Aby zapewnić sprawne działanie dysku, tymczasowe operacje są wykonywane w specjalnie zarezerwowanej przestrzeni. Im większa jest ta przestrzeń, tym dysk lepiej zachowuje się przy dużym obciążeniu zapisem. Różne dyski SSD maja tę przestrzeń różnej wielkości – generalnie modele klasy enterprise mają większą, dyski konsumenckie, mniejszą, co bezpośrednio jest też związane z ceną dysku twardego. W tym przypadku mówimy o przestrzeni, która w dysku jest dostępna, ale nie jest uwzględniana w rozmiarze dysku (można o niej powiedzieć, że to przestrzeń tymczasowa – cache). Narzędzie profilowania dysków w QNAP pozwala na rozszerzenie wbudowanej przestrzeni zarezerwowanej o dodatkową wielkość kosztem dostępnej pojemności dysku. W ten sposób możemy ręcznie rozszerzyć ten wbudowany cache zwiększając wydajność dysku nawet w przypadku wzmożonego zapisu. Programowy Over-Provisioning możemy ustawić na wielkość o 0% do nawet 60%, jednak narzędzie może ocenić, jaka wartość będzie optymalna.
Ze względu na czas wykonywania testów profilowania dysków (do kilkunastu godzin), test taki przeprowadziliśmy tylko dla konfiguracji RAID 1.
Narzędzie profilowania dysków wykonuje szereg zapisów na testowanych dyskach aby ocenić, jaka wydajność będzie dostępna w zależności od poziomu Over-Provisioning, czyli zwiększonej przestrzeni zarezerwowanej, oraz ilości zapisanych danych. Aplikacja w kolejnych przebiegach rezerwuje coraz większą powierzchnię i wykonuje kolejne procesy zapisu. W ten sposób na podstawie wygenerowanego raportu jesteśmy w stanie ręcznie ustawić dodatkową przestrzeń, która zostanie zarezerwowana na dodatkowe procesy zapisu danych. Zobaczmy, jakie wyniki zostały uzyskane w kolejnych etapach testu profilowania
Powyższa grafika prezentuje zestawienie wyników testu dla obu dysków połączonych w RAID 1. Test został przeprowadzony w skoku o 10% w zakresie od 0% do 60%.
Przeanalizujmy pierwszy wykres, czyli wynik IOPS w zależności od ilości zapisanych danych. Jak widać wyniki są bardzo zróżnicowane – zarówno pomiędzy kolejnymi poziomami wykonanych testów jak również w ramach każdego procesu z osobna. Pokazuje to znaczące wachania podczas zapisu danych, które jednak wynikają zarówno z zachowania dysków, jak i samego testowanego urządzenia. Najwyższe wyniki zostały uzyskane przy OP na poziomie 40-60%, gdzie wartość IOPS momentami dochodziła do 100 000. Oznacza to, że korzystając z dysków WD RED SN700, najbadziej optymalna pod kątem wydajności będzie wartość właśnie z tego przedziału. Należy jednak wziąć pod uwagę również koszt takiej przestrzeni i w zależności od zastosowań dobrać wartość, która będzie optymalnym zbalansowaniem ceny gigabajta jak i wymaganej oraz oczekiwanej wydajności.
Podczas wykonywania testu profilowania, aplikacja sprawdza jednocześnie temperaturę pracy każdego z dysków. Niezależnie od ustawionej wartości over provisioningu, oba dyski pracowały z temperaturą 45-50 st. C. Daje to dodatkowy obraz tego, że dodatkowy provisioning niezależnie od wielkości nie wpływa na pracę dysku twardego pod kątem dodatkowego przegrzewania.
Przejdźmy teraz do kolejnego testu – DiskFill Test.
Test DiskFill Test wykonuje proces zapisu i odczytu danych z dysków twardych urządzenia. Aplikacja uruchamiana jest z poziomu konsoli systemu, do której łączymy się przy użyciu SSH. System QTS 5 wymusza podczas inicjowania stworzenie nowego użytkownika z prawami administratora (w przeciwieństwie do „admin” we wcześniejszych wersjach), dlatego korzystamy z konta qnap, które posiada odpowiednie prawa. Test uruchamiany jest poprzez uruchomienie aplikacji z określonymi parametrami. Aplikacja zapisana jest w katalogu benchmark, który utworzony został na woluminie systemowym. W ramach testu pliki są zapisywane w katalogu benchmark, który został utworzony na woluminie cienkim w Puli Pamięci 2. Test został wykonany dwukrotnie, dla RAID 0 i RAID 1.
Podczas testu DiskFill Test oba dyski pracując w RAID 0 i RAID 1 zachowywały się dosyć podobnie. W przypadku RAID 0 średnia przepustowość podczas odczytu wynosiła 4100 MB/s a zapisu 1650 MB/s. W przypadku RAID 1 wynik był niewiele gorszy, ponieważ wynosił odpowiednio 3750 MB/s i 1400 MB/s. Jest to oczywiście mniej niż w RAID 0, jednak spodziewaliśmy się znacząco większej różnicy. O ile wyniki w RAID są zgodne z deklaracjami producenta, o tyle w przypadku RAID 0 spodziewaliśmy się wyniku znacząco lepszego – w okolicach min. 6000 MB/s. Jednak tutaj musimy zaznaczyć, że DiskFill Test nie może być traktowany jako znaczący benchmark, raczej poglądowe narzędzie prędkości zapisu i odczytu danych o określonej wielkości.
Powyższy wykres pokazuje, jak wyglądały poszczególne zapisy i odczyty w czasie trwania testu i mamy tutaj zestawione wyniki dla RAID 0 i RAID 1. Jak widać, w przypadku zapisu danych w RAID 0 proces wykonywany był niemal ze stałą prędkością. Jednak w przypadku odczytu danych transfer znacząco się wahał. W przypadku RAID 1 wyniki zapisu były gorsze, gdzie mniej więcej w połowie wykonywanego testu prędkość zapisu zauważalnie spadła.
Aby lepiej zobrazować zachowanie dysków podczas testu, poniżej widoczne są wyniki dla każdego z procesów odczytu i zapisu w RAID 0 i RAID 1.
Jednak jak już zaznaczyliśmy wyżej, sam DiskFill Test nie może być traktowany jako miarodajny benchmark dla dysków. Korzystamy z niego, żeby zobrazować określony proces – zapis sekwencyjny wskazanej liczby plików o wielkości 1GB każdy, a następnie ich odczyt. Dlatego też w naszych testach korzystamy z różnych aplikacji i typów testu, aby uzyskać nie tylko jak najlepsze wyniki, ale też najbardziej rzeczywiste w różnych zastosowaniach.
Tym samym przechodzimy do wyników testu DD
DD pozwala łatwo i szybko ustalić prędkości zapisu i odczytu danych. Aplikacja ma oczywiście wiele możliwości i zazwyczaj wykorzystywana jest do zupełnie innych celów, jednak jej zaletą jest możliwości przekierowania zapisu z urządzenia /dev/random czy /dev/urandom na konkretny plik, czy określeniu wielkości bloku. Dlatego aplikację dd wykorzystujemy podczas naszych testów, żeby zobaczyć, jak szybko uda się jej wykonać zapis i odczyt takich danych. Proces testowania obejmuje zapis i odczyt 1GB danych w plikach po 256KB. Całość realizowana jest sekwencyjnie, więc system musi najpierw zapisać pliki, następnie zgodnie z naszym skryptem odczekuje 5 minut, po czym rozpoczyna ich odczyt. Wyniki zestawiamy na poniższych wykresach.
Jak widać na wykresie, wyniki są zbliżone do tego, co uzyskaliśmy we wcześniejszym wykonanym teście DiskFill Test. W przypadku DD pojedynczy odczyt wyniósł średnio 4,5GB/s w RAID 0 i 3,61GB/s w RAID 1. Są to wyniki odrobinę wyższe niż uzyskane wcześniej, jednak tutaj zmieniła się charakterystyka wykonywanego testu – zamiast pojedynczego pliku 1GB, odczytujemy pliki po 256KB. W przypadku zapisu również wyniki są podobne i tutaj też widzimy niemal dwukrotnie wyższe wyniki w RAID 0 niż w RAID 1.
Dodatkowo, podczas każdego testu i wykonanego zapisu i odczytu mierzymy czas potrzebny na wykonanie pojedynczej operacji. Poniżej na wykresach zestawiamy dokładne wyniki przebiegu zapisu i odczytu danych w czasie podczas wykonywanych testów zapisu i odczytu w RAID 0 i RAID 1.
Przejdźmy teraz do testów wykonywanych przy użyciu aplikacji FIO.
Podczas testowania ostatnich dysków, czyli Kingston DC1500M wprowadziliśmy do zestawu naszych benchmarków aplikację FIO, która pozwala dopasować proces testowania do konkretnych potrzeb i oferuje bardzo duże możliwości konfiguracyjne. Dlatego dzięki FIO zobaczymy, jakie wartości z poziomu systemu plików uda się uzyskać. FiO, podobnie jak DD uruchamiane jest bezpośrednio w systemie poprzez połączenie SSH. Dyski WD RED SN700 przetestowaliśmy połączone w RAID 0 i RAID 1. Wyniki prezentują się następująco:
Jak widać, w przypadku RAID 0 udało nam się uzyskać odczyt na podobnym poziomie, co w przypadku testów wykonanych w systemie QTS (Aplikacja Pamięć Masowa i Migawki), gdzie dla każdego dysku wynik odczytu sekwencyjnego wynosił 3,19GB/s. Po połączeniu dysków w RAID 0, wspólna przepustowość wyniosła 6442,6MB/s.
Jak widać znacznie gorzej wypada zapis. W tym przypadku udało nam się osiągnąć wyniki na poziomie 1083MB/s w RAID 0 i 606MB/s w RAID 1. Oczywiście wartości te zweryfikujemy w kolejny testach. Jednak na tym etapie należy podkreślić, że testy były wykonywane głównie pod kątem uzyskania jak największej prędkości zapisu. Test obejmował zapis pliku 100GB przy liczbie jednoczesnych zadań zapisów = 8. Głębokość kolejki podczas testu wyniosła dwa.
Niezależnie od testowanych dysków zawsze poddajemy jest testowi wykonanemu przy użyciu IOmeter. Dzięki jego możliwości wykonania kompleksowego sprawdzenia wydajności i przepustowości dysków, możemy zweryfikować, jak dyski zachowają się przy testach z różną wielkością bloku, nie tylko pod względem jednorazowego zapisu, ale także jak wygląda wydajność w czasie. Oczywiście test będzie wykonywany w zakresie grup RAID, w których pracują dyski. Na potrzeby wykonywanego benchmarku, dyski poddamy zestawowi następujących testów:
Pierwsze prezentujemy wyniki IOPS, które IOmeter uzyskał realizując wymienione wcześniej testy. Najwyższą wartość udało nam się uzyskać, co zaskakujące w przypadku dysków WD RED SN700 pracujących w RAID 1. Jednak warto zauważyć, że różnice pomiędzy konfiguracją RAID 0 i RAID 1 są niewielkie. Tylko w jednym przypadku – testu odczytu losowego 64KB ta różnica była znacząca. W pozostałych przypadkach – a więc zarówno dla zapisu i odczytu, niezależnie od rozmiaru bloku, wydajność IOPS była utrzymana na podobnym poziomie. Zobaczmy zatem, jakie wartości uzyskano pod kątem przepustowości:
No i tutaj zgodnie z oczekiwaniami wartości najwyższe oscylują w okolicy 1200 MB/s. Jest to wartość maksymalna, którą da się uzyskać przy połączeniu 10GbE, a więc po raz kolejny w naszych testach dyski okazały się szybsze niż medium transmisyjne. Tutaj też widzimy pewne różnice pomiędzy RAID 0 i RAID 1. Mimo, że teoretycznie w obu przypadkach oba poziomy RAID mogą zaoferować prędkości wyższe niż pozwala łącze 10GbE, to jednak w części przypadków różnica jest znacząca. Przy czym należy tutaj zwracać uwagę głównie na testy większym rozmiarem bloku, a więc 64KB, gdzie system miał możliwość wykonania dłuższego pomiaru, a dane testowe były w stanie wysycić łącze pomiędzy QNAP a serwerem testującym.
Standardowo prezentujemy również wyniki raportowane przez IOmeter w całym okresie wykonywanych testów. 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).
Następnym wykonanym przez nas testem był test przy użyciu CristalDiskMark.
Aplikacji CristalDiskMark używamy we wszystkich wykonywanych przez nas testach, ponieważ pozwala przetestować jednorazowo wskazane dyski na kilka sposobów – zapis i odczyt sekwencyjny, losowy, IOPS oraz mierzy opóźnienie zapisu i odczytu, które również mają istotne znaczenie z punktu widzenia doboru dysków do określonych zastosowań. Ponieważ interesują nas najwyższe wartości, które dyski są w stanie uzyskać, zawsze wybieramy tryb Peak Performance.
Testy wykonaliśmy dla dwóch dysków WD RED SN700 połączonych w RAID 0 oraz w RAID 1. Przestrzeń jest udostępniona dla komputera testującego poprzez iSCSI, a więc blokowo udostępniamy przestrzeń z QNAP (połączenia 10GbE), następnie z poziomu Windows tworzymy wolumin i formatujemy go w systemie plików NTFS.
Dla dysków wykonaliśmy nastepujące testy:
Zacznijmy od wyników IOPS (RND4K). I tutaj w końcu widzimy znaczące różnice pomiędzy konfiguracją RAID 0 a RAID 1. W przypadku RAID 0 wszystkie testy wykazały możliwość uzyskania ponad 140000 IOPS w odczycie i 80000 – 100000 IOPS w zapisie. Tutaj najwyższe wartości widzimy w teście dla pliku 64GiB.
Drugie zestawienie wyników obejmuje zapis sekwencyjny, gdzie mierzona jest przepustowość, czyli prędkość zapisu i odczytu. Podobnie jak wyżej, tym razem też interesują nas najwyższe wyniki możliwe do uzyskania. I tak w przypadku odczytu zarówno w RAID 0 jak i RAID 1 mamy bardzo zbliżone wyniki – są one zbliżone do maksymalnej przepustowości łącza. Pokazuje to, że WD RED SN700 niezależnie od tego, w jakim RAID działają, są w stanie zaoferować wysoką szybkość odczytu danych. Tutaj warto przypomnieć, że według producenta (ale też wcześniejszych wyników), maksymalna prędkość odczytu to 3400 MB/s, więc nie dziwi wysycenie łącza.
Jeśli chodzi o zapis, tutaj już widać znaczące wahania pomiędzy testami i poziomami RAID. I znowu najlepsze wyniki osiągnęliśmy w RAID 0, co oczywiście nie powinno dziwić, gdyż mamy do dyspozycji zsumowaną wydajność obu dysków.
No i pozostał ostatni mierzony parametr – opóźnienie. Jest to wartość często pomijana (nawet w naszych testach głównie widzimy wyniki zapisu i odczytu w MB/s i IOPS), jednak jest znacząca. Środowiska bazodanowe, wirtualizacji, obciążonych aplikacji wymagają, aby to opóźnienie było jak najniższe. Im wyższe opóźnienie, tym gorsza wydajność systemu/aplikacji, a tym samym mniej wydajna praca. Co ważne, szczególnie w przeważającym zapisie/odczycie losowym, przepustowość może mieć znaczenie drugo lub nawet trzecioplanowe, a to opóźnienie będzie najbardziej krytycznym parametrem. Biorąc pod uwagę wcześniejsze wyniki, nie jest zaskoczeniem, że najmniejsze opóźnienie, rzędu 200 mikrosekund uzyskaliśmy w odczycie przy RAID 0, a najgorsze w zapisie RAID 1, gdzie wartości te osiągały od 700 do niemal 900 mikrosekund. Tutaj im mniejsza wartość, tym lepiej.
Jednak zwyczajowo nie przechodzimy jeszcze do kolejnego testu, ale zostaniemy w CDM. Dlaczego? Ponieważ postanowiliśmy też przetestować dyski WD RED SN700 w połączeniu z PC oraz maszyną wirtualną. W przypadku testu z PC, podłączyliśmy kartę QNAP QM2-2P z dyskami do komputera PC, po czym z poziomu Windows (narzędzie zarządzania dyskami) stworzyliśmy wolumin rozłożony RAID 0. W ten sposób sprawdziliśmy, jak szybko sam system Windows będzie w stanie zapisywać i odczytywać dane z dysków SN700. Wyniki były znakomite, ale też zgodne z deklarowanymi przez producenta. W RAID 0 udało nam się osiągnąć odczyt na poziomie 6600 MB/s (a więc niemal 2x prędkość każdego dysku, dla przypomnienia 3400MB/s) i zapis na poziomie do 5000 MB/s. Testu nie wykonywaliśmy w konfiguracji RAID 1, interesowało nas tylko maksimum, które jesteśmy w stanie uzyskać na tych dyskach.
W przypadku IOPS wyniki były tożsame z wynikami MB/s, czyli znowu odczyt był niemal 2x wyższy niż zapis danych na dyskach.
Drugi test wykonaliśmy w oparciu o maszynę wirtualną z Windows 10 uruchomioną w aplikacji Virtualization Station. Aplikacja oraz dysk maszyny wirtualnej znajdowały się na dysku systemowym (dla przypomnienia – dysk SSD SATA WD Blue 480GB), natomiast w puli zbudowanej z dwóch dysków SN700 stworzyliśmy wolumin z folderem udostępnionym, w którym został zapisany plik dysku wirtualnego. Następnie taki dysk podłączyliśmy do maszyny wirtualnej korzystając z interfejsu VirtIO, który oferuje najwyższą przepustowość. Jak wyglądały wyniki?
Jak widać na powyższym wykresie były dosyć podobne do tych, które uzyskaliśmy z poziomu fizycznego komputera. Logiczne połączenie było podobne – system Windows widział dysk twardy, który następnie został sformatowany w NTFS. Różnica jest taka, że w przypadku PC skorzystaliśmy z software RAID oferowanego przez Windows, natomiast w przypadku VM był to software RAID skonfigurowany przez QTS.
Dla tak podłączonego dysku zmierzyliśmy też IOPS, jednak tutaj wyniki już nie zachwycały. Jest to związane z typem podłączenia dysku do VM. Ponieważ mamy tutaj kilka warstw stosu przestrzeni dyskowej, ostatecznie cierpi na tym wydajność IOPS. Dlatego wyniki są nawet 10x niższe niż przy innych testach.
AJA System Test pozwala zmierzyć prędkość zapisu i odczytu danych, ale głównie pod kątem zastosowania w środowiskach graficznych i pracy z materiałem Video. Aplikacja jest w stanie zasymulować zapis i odczyt plików video różnej rozdzielczości, a więc też wielkości. AJA pozwala wybrać pliki określonej wielkości (256MB, 512MB, 1GB, 4GB, 16GB oraz 64GB).
Dla plików z zakresu 256MB do 16GB wykorzystujemy opcję pliku HD 1080p, natomiast dla opcji 64GB jest to plik 5120×2700 5K z kamery RED. Wyniki, które uzyskaliśmy podczas testów widoczne są poniżej.
Jak widać wyniki są bardzo zbieżne. Niezależnie od poziomu RAID oraz wielkości pliku, odczyt danych mieści się w zakresie 800 – 1100 MB/s. Jedynym wyjątkiem jest odczyt pliku 4GB, jednak nie traktujemy tego wyniku jako znaczącego. Uzyskane wyniki jednoznacznie pokazują, że dyski WD SN700 świetnie się spiszą w środowiskach, gdzie wymagana jest przestrzeń na materiały video czy graficzne. A więc graficy, fotografowie czy osoby zajmujące się video skorzystają znacząco na wydajności swojej pracy, dzięki możliwości szybkiego zapisu i odczytu danych z NAS wyposażonego w dyski WD RED SN700.
Planując testy dysków twardych zawsze bierzemy pod uwagę praktycznie zastosowanie dysków. Benchmarki to jedno – zależności od aplikacji, konfiguracji i typu testu mogą wykazywać różne wyniki (co widać również po wynikach uzyskanych przez nas). Dlatego jednym ze standardowo przeprowadzanych przez nas testów jest „zwykłe” kopiowanie plików na NAS, w którym pracują testowane dyski. To pokazuje, jak dyski zachowają się w standardowym środowisku rodzinnego wykorzystania. Żadne maszyny wirtualne, zapis losowy, bazy danych, itp. Skupiamy się na prostym kopiowaniu plików. Jednak dla wygody rejestrowania wyników, wykorzystujemy aplikację robocopy, które standardowo jest częścią systemy Windows. Test przeprowadzamy dla danych wielkości 100GB w trzech wersjach:
W ten sposób zobaczymy nie tylko to, ile czasu potrzebuje aplikacja na przesłanie 100GB w zależności od poziomu RAID ale też czy liczba/wielkość plików będzie miała istotne znacznie.
Dlaczego tylko zapis, a nie odczyt? Ponieważ odczytując dane w ten sposób wąskim gardłem naszego środowiska byłby dysk lokalny komputera (DC500M, dysk SATA). Zobaczmy, jakie wyniki udało nam się uzyskać w przypadku połączenia 10GbE iSCSI:
Jeśli chodzi o prędkość, to najlepszy wynik udało nam się uzyskać w przypadku 10 plików po 10GB w RAID 0 oraz 100 plików po 1GB w RAID 1 (pomarańczowa linia na wykresie). To oczywiście przekłada się na czas zapisu (kolorowe słupki – im wyższy, tym gorzej).
Drugi test obejmował zapis przez SMB, jednak w tym przypadku skorzystaliśmy z opcji SMB Multipath. Uwaga. SMB Multipath wciąż jest opcją eksperymentalną, która standardowo w systemie QTS nie jest dostępna, jednak na potrzeby naszych testów ją włączyliśmy. Tutaj podobnie jak na wcześniejszym wykresie, im wyższy słupek, tym gorzej. W przypadku naszych testów najwyższa wydajność uzyskaliśmy kopiując pojedynczy plik 100GB (ok 1,5GB/s) w RAID 0. W przypadku RAID 1 wyniki były bardzo podobne, oscylowały w okolicach 1GB/s. Tutaj trzeba podkreślić, że system do dyspozycji miał teoretycznie dwa łącza 10GbE, czyli ok 20GbE. Ostatecznie maksymalnie wykorzystano 75% możliwość takich łącz. Co ważne, zarówno po stronie komputera jak i QNAP NAS porty sieciowe nie były połączone w LACP.
Ponieważ do testów firma WD dostarczyła nam 3 dyski m.2 WD RED SN700 NVMe, jeden z nich podłączyliśmy do drugiego QNAP, który posiada wbudowane porty m.2 – modelu TVS-672XT. Postanowiliśmy przetestować, jak taki dysk wpłynie na wydajność pracy, jeśli skonfigurujemy go w postaci Cache zapisu i odczytu danych. Dodatkowo, połączenie testowe zostało przygotowane w zupełnie inny sposób niż do tej pory. QNAP został połączony z komputerem Apple Mac mini M1 poprzez przewód Thunderbolt 3. Dzięki temu mogliśmy przetestować prędkość odczytu i zapisu bez obaw o przepustowość sieci.
Pomiary wykonujemy przy użyciu aplikacji Blackmagic Disk Speed Test, która wykonuje testy zapisu i odczytu i prezentuje je w formie możliwości zastosowania dysku do pracy z określonymi rodzajami plików video.
Pierwszy test wykonaliśmy w konfiguracji:
2x SSD w RAID 1, połączenie Thunderbolt 3, bez cache zapisu / odczytu. Wyniki widoczne są poniżej. Zapis na dysku sieciowym możliwy był z prędkością ok. 524 MB/s, odczyt 613 MB/s. Jest to wynik odpowiedni dla tej konfiguracji i zastosowanych dysków – DC500M marki Kingston, o których można więcej poczytać tutaj: https://www.backupacademy.pl/kingston-dc500m-czyli-wydajny-dysk-ssd-dla-nas/
Kolejny test wykonaliśmy dla zapisu i odczytu na dysku HDD znajdującym się w tym samym NAS. Tutaj korzystamy z dysku Seagate Ironwolf 8TB (więcej o nich tutaj: https://www.backupacademy.pl/szybkie-8tb-czyli-testujemy-seagate-ironwolf-8tb/)
Tutaj uzyskaliśmy zapis na poziomie 201MB/s. Odczyt w tej konfiguracji pomijamy, ponieważ dla sieciowego dysku HDD ta wartość jest przekłamana.
A teraz przejdźmy do konfiguracji z wykorzystaniem dysku WD RED SN700. Po skonfigurowaniu dysku NVMe jako cache – wybraliśmy opcję cache zapisu i odczytu. W standardowym zastosowaniu taka konfiguracja jest zdecydowanie niepolecana, ponieważ nie mamy dostępnej żadnej redundancji, więc w razie uszkodzenia tego dysku, część zapisów może zostać utracona. Jednak na potrzeby naszych testów możemy sobie na to pozwolić.
Zobaczmy, jak zastosowanie takiego dysku wpłynęło na nasze wyniki.
Dla przypomnienia, same SSD w RAID 1 wykazały ok. 524 MB/s zapis, odczyt 613 MB/s.
Teraz mamy zapis na poziomie 719 MB/s a odczyt na poziomie 1581,1 MB/s. A więc zapis wzrósł o ok. 30%, odczyt niemal o 150%. Tak więc zastosowanie nawet pojedynczego dysku WD Red SN700 w cache spowodowało znaczący skok wydajności.
Zobaczmy jeszcze, jak taki cache wpływa na dysk HDD. Tutaj bez cache zapis wynosił ok. 202 MB/s. Teraz 847,6 MB/s, a więc ponad 4 razy szybciej! Oczywiście takie wyniki nie będą możliwe do utrzymania cały czas, ponieważ w zależności od wielkości zapisywanych danych, cache może się zapełnić i system nie będzie w stanie wystarczająco szybko odkładać danych na dyskach talerzowych, jednak tutaj znacząca będzie też wielkość zastosowanych dysków oraz ilość pamięci RAM w urządzeniu.
A teraz czas na podsumowanie!
Po raz pierwszy mieliśmy okazję testować dyski m.2, co postawiło przed nami szereg wymagań co do środowiska. W przeciwieństwie do klasycznych dysków SATA nie mogliśmy otrzymanych dysków podłączyć do dowolnego QNAP NAS, ponieważ nie wszystkie modele NAS posiadają porty m.2, a nawet jeśli takie porty posiadają, nie zawsze oferują one wydajność, która pozwoliłaby przetestować w pełni dyski WD Red SN700 NVMe. Dlatego na potrzeby naszych testów wykorzystaliśmy kartę rozszerzeń PCIe QM2-2P-384, a więc kartę z dwoma gniazdami M.2 NVMe PCIe Gen3 x4, które pozwoliły sprostać specyfikacji testowanych dysków. Dodatkowo musieliśmy wybrać model QNAP, który posiada odpowiednio szybki port PCIe, dlatego wybór padł na TVS-882-i5-16-450W. Co prawda jest to już model EOL, a więc wycofany ze sprzedaży, jednak otrzymał nowy system QTS 5 jak również posiada port PCIe Gen3 x16, dzięki czemu pozwoli on zainstalować i w pełni wykorzystać kartę QM2.
Nasze testy obejmują zwykle wykorzystanie różnych aplikacji, abyśmy mogli uzyskać ogólny pogląd na wydajność testowanych dysków. Wykorzystanie tylko jednej czy dwóch mogłoby znacząco zakłamać wyniki. Dlatego też w naszych testach dyski SN700 wypadały różnie w zależności od wykonywanego testu. Co ważne, udało nam się uzyskać przepustowość, którą deklaruje producent. Jednak sama przepustowość to nie wszystko, co pokazały testy w maszynie wirtualnej. Dlatego właśnie sprawdzamy dyski na różne sposoby i różnymi danymi testowymi. Po wykonaniu wszystkich testów możemy stwierdzić, że dyski WD RED SN700 to solidna konstrukcja, która skutecznie pomoże zwiększyć wydajność urządzeń NAS. Stosując takie dyski w NAS przede wszystkim należy odpowiednio je sparować – dyski SN700 wykorzystują łącze PCIe Gen3 8 Gb/s x4, tak więc zamontowanie ich w wolniejszym porcie będzie skutkowało znaczącym spadkiem wydajności. Z drugiej strony możemy wykorzystać karty QM2, jednak tutaj też należy pamiętać o złączu PCIe – aby złącze karty i płyty głównej było tej samej prędkości, inaczej wciąż nie uzyskamy maksymalnej wydajności.
Same dyski SN700 pokazały w testach, że mogą być wykorzystywane do różnych zastosowań. Bez względu na to, czy posłużą jako przestrzeń na małe pliki, backupy czy może na potrzeby maszyny wirtualnej, dadzą sobie radę z takim wyzwaniem. Warto też pamiętać, że dyski NVMe PCIe szczególnie dobrze sprawdzą się w środowiskach, gdzie przeważa losowy zapis i odczyt, a więc środowiskach wirtualizacji, baz danych czy pracy z multimediami.
Czy polecamy? Zdecydowanie, ponieważ oprócz swojej wydajności, dyski WD RED SN700 oferują jeszcze jedną rzecz – spokój. Dyski te objęte są pięcioletnią gwarancją producenta, co jasno pokazuje, że zostały zaprojektowane z myślą o długiej i bezawaryjnej pracy.
Uwaga
Testy zostały przeprowadzony w sposób niezależny. Firma Western Digital nie płaciła za wykonanie testów jedynie dostarczyła trzy dyski, które zostały w naszym labie. 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.
Zapraszamy do kolejnego zestawienia nowości ze świata backup i storage: https://storware.eu/news/five-reasons-why-tape-is-not-dead/ INFO: Pięć powodów, dlaczego…
Zapraszamy do kolejnego zestawienia nowości ze świata backup i storage: https://www.servethehome.com/cornelis-networks-shows-off-576-port-400gbps-omni-path-cn5000-at-sc23/ INFO: Cornelis Networks prezentuje…
Tajpej, Tajwan, listopada 22, 2023 - QNAP® Systems, Inc., wiodący innowator rozwiązań informatycznych, sieciowych i pamięci…
Zapraszamy do kolejnego zestawienia nowości ze świata backup i storage: https://www.storagenewsletter.com/2023/11/10/ddn-infinia-next-gen-sds-for-enterprise-ai-and-cloud-needs-everywhere-and-all-at-once/ INFO: DDN prezentuje Infinia…
Zapraszamy do czterdziestego piątego (45!!!) zestawienia w tym roku najciekawszych nowości backup i storage. https://blocksandfiles.com/2023/11/03/backblaze-shard-stash-cache/…
W tym tygodniu pojawiło się kilka ciekawych newsów dotyczących rozwiązań backup i storage. Zestawienie nowości…