Винчестеры для сервера: тестируем Hitachi и Seagate

В представлении рядового пользователя жесткие диски для серверов – это мощные,  скоростные и весьма недешевые модели, с повышенными оборотами, интерфейсом SCSI, большим кэш-буфером. Но на самом деле не все так однозначно. Развитие технологий хранения данных позволило разработчикам создать несколько классов жестких дисков для применения в составе серьезных систем, с акцентом на тот или иной аспект применения.

Так, для задач, критичных ко времени выполнения, действительно лучше подходят винчестеры 15000 RPM – за счет высоких оборотов и уменьшенного диаметра пластин они обеспечивают наивысший уровень производительности. Если же на первом месте стоит плотность размещения вычислительной техники, то на первый план выходит иной параметр жесткого диска – габариты. Сегодня серверные системы можно оснащать специальными винчестерами в форм-факторе 2.5", которые выпускаются в самом широком диапазоне емкостей и оборотов шпинделя, вплоть до 15000.

Бывает также, что производительностью и габаритами можно поступиться ради большого объема дискового пространства либо для сокращения денежных затрат. Мы имеем ввиду построение:

• систем резервного копирования, особенно на замену ленточным накопителям;
• систем типа NAS и SAN;
• файл-серверов, особенно для хранения мультимедиа-контента;
• серверов начального уровня для малого и среднего бизнеса.

Многие недорогие системы, серверы и рабочие станции, оснащаются ограниченным количеством отсеков 3.5" и зачастую не поддерживают SCSI или SAS. А объем дискового пространства хочется довести хотя бы до 3-4 Тб. В таком случае идеальным выбором будет серверный винчестер с оборотами 7200 RPM.

Обычно он построен на базе обычного настольного винчестера максимальной емкости, заимствует у него механику и электронику. Однако "прошивка" (firmware) такой модели имеет несколько особенностей: оптимизацию под максимальную скорость позиционирования, алгоритмы компенсации вибрации и т.д. Кроме того, производитель гарантирует безотказную работу винчестера в режиме 24x7, дает продленную, не менее 5 лет, гарантию, обеспечивает техническую поддержку и сопровождение соответствующего уровня.

В нашем обзоре мы сравним два однотипных винчестера для серверов максимальной емкости – 1 Тб. На сегодня именно эти модели являются самыми емкими среди всего многообразия серверных винчестеров, а потому идеально подходят для комплектования систем, предъявляющих самые высокие требования к дисковому объему. Сегодня четыре производителя предлагают "терабайтники" для применения в системах класса Enterprise, но из них только Hitachi GST и Seagate являются признанными лидерами в этой области. Именно их продукцию мы и рассмотрим.

Hitachi UltraStar A7K1000

Данная модель построена на базе знаменитой настольной серии 7K1000, которая в свое время позволила компании Hitachi GST установить очередной рекорд емкости жесткого диска (который, кстати, не побит до сих пор).

Если кратко, предыстория рекорда такова. Общеизвестно, что только Hitachi владеет секретом изготовления жестких дисков с 5 пластинами. И вот, применив целый ряд новых технологий, включающий пластины с перпендикулярной записью второго поколения, фирменный MR-сенсор на основе материала IrMnCr, аэродинамический подшипник нового типа (фемто-слайдер) и др., разработчики на базе 5-пластинной платформы получили первый в мире винчестер объемом 1 терабайт. Собственно, о его варианте для применения в серверах и рабочих станциях и пойдет речь.

В серию UltraStar A7K1000 входят три модели – емкостью 1 Тб, 750 Гб и 500 Гб, которые отличаются только количеством рабочих пластин в пакете (5, 4 и 3 соответственно). Каждый винчестер оснащается кэш-буфером объемом 32 Мб, что при такой высокой емкости является не роскошью, а насущной необходимостью. Винчестеры оснащаются интерфейсом Serial ATA с поддержкой 3 Гбит/с (SATA/300). В отличие от старого IDE, он не ограничивает производительность подсистемы ввода-вывода, даже в сложных RAID-массивах, а потому вполне подходит для применения в серверах.

У данного винчестера имеется несколько конструктивных особенностей. Во-первых, наличие двух разъемов питания – как старого 4-штырькового, так и нового SATA – позволит подключить его к старым системам.

Во-вторых, вентиляционное отверстие, необходимое для выравнивания давления внутри гермоблока, у него расположено на верхней крышке, что накладывает определенные ограничения на его монтаж внутри корзины.

Винчестер Hitachi поддерживает технологию SMART, однако набор доступных атрибутов у него не слишком широк.

Кроме того, мы заметили, что UltraStar регулярно обновляет только счетчики запусков/остановок двигателя, парковок головок и отработанных часов, но не подсчитывает частоту ошибок чтения и позиционирования (Raw Read/Seek Error Rate), а также эффективность выполнения этих операций (Throughput/Seek Performance). 

Seagate Barracuda ES.2

Новая серверная "барракуда" появляется у Seagate нечасто, хотя вообще-то именно от серверной линейки и пошло это яркое название. Линейка ES.2 – это слегка усовершенствованный "настольный" флагман Seagate, Barracuda 11. Судя по косвенным данным, модификации подверглась  только "прошивка", в которой Seagate реализовала поддержку компенсации вибрации – у стандартных "барракуд" эта функция не активирована.

В отличие от Hitachi, Seagate предлагает более широкий ассортимент недорогих "серверников", в который входят модели 1 Тб, 750 Гб, 500 Гб и 250 Гб. Кроме того, только у Seagate можно заказать вариант с интерфейсом SAS (Serial Attached SCSI), хотя особого смысла в его реализации в данном классе жестких дисков мы не видим. Объем кэш-буфера у данной модели также составляет 32 Мб, лишь у варианта с интерфейсом SAS он почему-то урезан вдвое.

Винчестер Seagate имеет несколько отличий от Hitachi и по конструкции, и по конфигурации. Во-первых, по умолчанию у него отключена поддержка режима 3 Гбит/с – очевидно, для лучшей совместимости со старыми системами. Чтобы вернуть положенные 300 Мб/с, следует снять единственную перемычку.

Во-вторых, у Barracuda нет старого разъема питания, зато предусмотрены отверстия для защелок Serial ATA. И третье: электроника винчестера перевернута и прижата микросхемами к корпусу, что по идее обеспечивает лучшую защиту от случайного их повреждения.

Но самый интересный момент связан с внутренним устройством Barracuda. Нам неизвестно о существовании у Seagate платформы с 5 пластинами. Поэтому в рассматриваемом "терабайтнике" установлены 4 пластины, но более высокой, чем у Hitachi, емкости. Уменьшение количества пластин приводит к снижению массы пакета, а отсюда – к улучшению большинства характеристик (энергопотребления, особенно в момент старта, шума, нагрева, вибрации и т.д.). С другой стороны, рост плотности записи приводит к ухудшению скорости позиционирования (снижается точность "попадания" головки на трек), появлению необходимости адаптивного форматирования (для компенсации расхождений физических параметров пластин), увеличению частоты ошибок и другим неприятным явлениям. Поэтому утверждать, что менее емкие пластины предыдущего поколения у Hitachi – это хуже, чем более современные, но менее надежные пластины у Seagate, мы не беремся.

Поддержка SMART у винчестера Seagate реализована несколько лучшим образом.

Он подсчитывает "честные" значения частот ошибок чтения и ошибок подсчета контрольных сумм секторов, скорости раскрутки шпинделя, точности позиционирования и др. Тем самым пользователь имеет возможность оценить стабильность работы винчестера в текущих условиях и попытаться их улучшить.

Тестирование

Информация об экземплярах, принимавших участие в тестировании:

Собственно, все наши теоретические выкладки по поводу различий в технологиях подтверждаются данными, предоставленными производителями.

У Seagate выше пиковая скорость чтения данных, выше плотность записи, ниже энергопотребление. У Hitachi в свою очередь выше скорость позиционирования. Уровень шума, устойчивость к ударам и вибрации у них примерно одинаковые. Что касается стоимости, то Hitachi, если судить по данным розничного рынка, обойдется покупателю примерно на 10-15% дороже.

Чтобы оценить реальную производительность серверных винчестеров, их нужно тестировать в составе действующего сервера. Соответствующей технической возможности и методик у нас не имеется. Мы можем лишь имитировать работу серверной системы с помощью теста IOMeter, который для этих целей и разрабатывался.

Жесткие диски по очереди подключались к контроллеру Serial ATA, встроенному в южный мост ICH8 чипсета Intel P965. Следует заметить, что во многих серверах начального уровня используются мосты Intel 6321ESB, содержащие точно такой же SATA-контроллер, что и мосты настольных чипсетов серий 965 и 35. И драйвер для них Intel предлагает тот же – Matrix Storage версии 7.х. Поэтому в самом первом приближении мы можем говорить об имитации рабочей среды сервера, построенного на базе компонентов Intel и работающего под Windows.

Синтетические тесты. Скорость последовательного чтения/записи мы будем оценивать при помощи утилиты HDTach.

Как и ожидалось, на сравнительном графике хорошо заметно, что Seagate обеспечивает более высокие абсолютные значения, его кривая в начале диска достигает 110 Мб/с. Впрочем, график этого винчестера имеет сильную "зубчатость", что говорит о значительных различиях в плотности записи отдельных пластин.

У Hitachi график чтения проходит ниже отметки 80 Мб/с, но при этом он весьма равномерный и стабильный. График записи имеет некоторую аномалию – сильные всплески до уровня 100 Мб/с, которые проявляются и при подключении винчестера к другому хост-контроллеру. Возможно, это эффект от работы механизма отложенной записи, либо редко проявляющаяся ошибка программы HDTach.

Средние результаты скоростных показателей последовательного доступа:

Для серверных применений скорость последовательной работы не так важна, как скорость произвольного доступа. И тут оба винчестера продемонстрировали идентичные результаты – 12.6 мс, что соответствует 8.4 мс на "чистое" позиционирование.

Впрочем, данные HDTach учитывают только операцию чтения одного сектора, которая в реальных условиях практически никогда не выполняется. По данным теста IOMeter, выполняющих по очереди несколько десятков различных операций чтения и записи, средняя задержка выполнения запроса у винчестера Hitachi на 1 мс ниже. За счет чего это достигается – за счет механики, электроники, алгоритмов буферизации – нам доподлинно неизвестно.

Имитационные тесты. Тест IOMeter мы применяли для трех различных шаблонов нагрузки, регулируя при этом глубину очереди запросов (то есть количество асинхронных обращений, поступающих с упреждением, до отработки текущего запроса). Оба винчестера в полной мере поддерживают NCQ, а следовательно, способны получить выигрыш от интеллектуального управления очередью запросов. Кроме того, на результаты IOMeter влияет эффективность кэширования, качество реализации хост-контроллера и в особенности его драйверов. Напомним, мы использовали Intel Matrix Storage версии 7.6.

Шаблон File Server предусматривает выполнение запросов на чтение или запись (в пропорции 4:1) блоков от 0.5 до 64 Кб, но преимущественно – 4 Кб (60%).

При наличии одного приложения, обращающегося к диску, винчестер Hitachi на 20% обходит Seagate, но с ростом нагрузки ситуация меняется на противоположную. Заметим, что оптимизация очереди у Hitachi включается только после увеличения очереди запросов выше 2.

Шаблон Web Server состоит только из запросов чтения, причем некоторые из них достигают размера 512 Кб.

И опять Hitachi вырывается вперед при одиночных обращениях, но потом Seagate его обгоняет, хотя и не так значительно – порядка 10-11%.

Шаблон Workstation включает разнообразные запросы – и последовательные, и случайные, причем не менее 50% из них идут на запись.

Примерно равны результаты обоих винчестеров при двух запросах в очереди, но с ростом нагрузки Seagate все так же устремляется вперед.

Выводы

Оба рассмотренных винчестера относятся к младшей линейке класса Enterprise, обеспечивающей максимальную емкость при минимальной стоимости (и производительности, к сожалению). Оба являются производными от соответствующих настольных моделей, оба поддерживают компенсацию вибрации и позиционирование без учета акустического аспекта. Тем не менее, у каждого из них имеются свои особенности.

Hitachi UltraStar A7K1000 оснащен разъемом питания старого типа, что упрощает его подключение в старых системах. Применение пластин предыдущего поколения позволяет обеспечивать более стабильные показатели при последовательном доступе. Также этот винчестер отличается более высокой скоростью доступа, что позволяет ему демонстрировать высокие результаты при отсутствии большой очереди запросов.

Seagate Barracuda ES.2 применяет новые пластины, что негативно отражается на частоте ошибок и стабильности последовательного чтения. По скорости доступа он проигрывает Hitachi, но за счет более эффективного кэширования и оптимизации запросов выходит вперед при возрастании нагрузки. Кроме того, у Seagate активнее задействована технология SMART, он подсчитывает эффективность позиционирования, частоту ошибок ECC и другие важные параметры, предоставляя реальные данные для анализа и принятия соответствующих мер.

www.gigamark.com