Современные адаптеры и винчестеры с интерфейсом SCSI
В тестовой лаборатории «КомпьютерПресс» проведены испытания шести моделей жестких SCSI-дисков со скоростью вращения в 10 000/15 000 об./мин (Fujitsu MAJ3182MP, IBM DDYS-T36950, Quantum Atlas 10K II TY184L и Seagate ST318451LW) и 7200 об./мин (Quantum Atlas V 18 WLS и Seagate ST318436LW), двух Ultra160 SCSI-адаптеров — Adaptec 29160 и Tekram DC-390U3D, а также Ultra160 SCSI RAID-контроллера Mylex AcceleRAID 352.
Трансфер в 160 Мбайт/с — много или мало?
SCSI-адаптеры с интерфейсом Ultra160 SCSI от Adaptec
SCSI-адаптеры с интерфейсом Ultra160 SCSI от Tekram
Ultra160 SCSI RAID-контроллер Mylex AcceleRAID 352
SCSI-винчестеры со скоростью вращения дисков в 10 000/15 000 об./мин
Fujitsu MAJ3182MP (семейство MAJ3xxx (Enterprise 10K 36LP))
IBM DDYS-T36950 (семейство Ultrastar 36LZX)
Quantum Atlas 10K II TY184L (семейство Atlas 10K)
Seagate ST318451LW (семейство Cheetah X15)
SCSI-винчестеры со скоростью вращения дисков в 7200 об./мин
Quantum Atlas V 18 WLS (семейство Atlas V)
Seagate ST318436LW (семейство Barracuda 18XL)
Три варианта дисковой подсистемы на SCSI RAID-адаптере Mylex AcceleRAID 352
Эталонные SCSI- и IDE-винчестеры под управлением Windows 98 SE PE
Технические и ценовые характеристики тестировавшихся жестких дисков
Оценка качества тестировавшихся жестких дисков
Подводя итоги событий, происшедших на рынке жестких SCSI-дисков за минувший год, невольно сравниваешь их с новейшими достижениями в технологии производства IDE-винчестеров и ловишь себя на мысли, что последние развиваются более динамично. Осознавать это довольно непривычно, но, похоже, правило «спрос порождает предложение» начинает здесь работать в полную силу, заставляя производителей развивать в первую очередь те продукты, которые пользуются наибольшей популярностью у покупателей.
Так, например, анонсы о появлении новых IDE-дисков выходят чаще, чем о SCSI. Новые технологии, как правило, сначала интегрируются в IDE-модели и уже потом в SCSI, а ряд производителей винчестеров — таких как Maxtor и Samsung предпочитает вообще не связываться с изготовлением SCSI-накопителей.
Дело дошло уже до того, что второй год подряд жесткие IDE-диски значительно опережают SCSI-винчестеры по плотности записи данных (например, у IBM DTLA-307030 с IDE-интерфейсом — 11,0 Гбит/кв. дюйм, а у лидировавшего по этому показателю среди испытывавшихся SCSI-моделей Quantum Atlas 10K II TY184L — всего 7,7 Гбит/кв. дюйм), и, судя по всему, эта тенденция сохранится и в будущем, вследствие чего IDE-модели со скоростью вращения 7200 об./мин по производительности уже догнали SCSI-накопители на 10 000 об./мин.
Тем не менее кое-какие изменения в технологии производства SCSI-дисков все же произошли — это и увеличение емкости винчестеров с 36 до 73 Гбайт, скорости вращения с 10 000 до 15 000 об./мин (семейство дисков Cheetah X15 у Seagate), и — хотя и не такой значительный — рост плотности записи с 3,0 до 7,7 Гбит/кв. дюйм (семейство Atlas 10K II от Quantum), и увеличение максимальной емкости кэш-буфера в стандартной конфигурации дисков с 4096 до 8192 Кбайт (например, у тех же накопителей из семейства Atlas 10K II, Quantum), и появление на рынке первых SCSI-винчестеров от IBM с дисковыми пластинами на основе подложки из стекла (семейство Ultrastar 36LZX).
Плюс к тому началось массовое производство дисков с интерфейсом Ultra160 SCSI с пропускной способностью шины до 160 Мбайт/с, на преимуществах которого стоит остановиться подробнее.
Интерфейс Ultra160 SCSI
Ultra160 SCSI — последняя спецификация на SCSI-интерфейс. В ней был введен новый одноименный режим передачи данных по SCSI-шине — режим Ultra160 SCSI, при работе в котором ее пропускная способность составляет 160 Мбайт/с. При этом SCSI-шина тактируется частотой в 40 МГц, но частота транзакций передачи данных составляет не 40 МГц, как в режиме Ultra2 SCSI, который предшествовал режиму Ultra160 SCSI, а 80 МГц.
Это достигается за счет того, что при передаче данных по шине регистрируется не один фронт сигналов «запрос» (REQ) и «подтверждение» (ACK), а сразу два фронта (такой метод передачи данных с использованием обоих фронтов сигнала получил название Double Transition, сокращенно DT). Поэтому пропускная способность 16-битной шины в этом случае составляет: 2 байт x 80 МГц = 160 Мбайт/с.
Использование метода Double Transition является, несомненно, главным, но не единственным новшеством в спецификации на интерфейс Ultra160 SCSI, а поэтому следует также отметить, что Ultra160 SCSI — это первый SCSI-интерфейс, в котором используются такие технологии, как Cyclic Rredundancy Check (CRC) и Domain Validation.
CRC — это стандартный алгоритм коррекции ошибок, который уже давно используется в ряде современных интерфейсов: FDDI, Ethernet, UDMA, Fibre Channel и т.д. Однако в SCSI-интерфейсах, предшествовавших Ultra160 SCSI, для коррекции ошибок применялась не CRC-технология, а гораздо более слабый алгоритм Parity Checking. И только в связи с существенным увеличением частоты передачи данных по SCSI-шине — с 40 до 80 МГц, которое стало возможным после появления на свет интерфейса Ultra160 SCSI, было решено использовать более эффективный способ коррекции ошибок — на основе CRC-технологии.
Domain Validation — это новый механизм выбора и проверки режима работы SCSI-шины. До появления интерфейса Ultra160 SCSI этот процесс происходил следующим образом. После восстановления начального рабочего состояния SCSI-шины (SCSI bus reset), что, например, имеет место каждый раз во время «холодного» старта или «горячей» перезагрузки компьютера, SCSI-адаптер сначала сканировал шину с целью найти все устройства, подключенные к ней. После этого SCSI-адаптер «договаривался» с каждым SCSI-устройством о тех SCSI-режимах, которые будут использоваться этим устройством для передачи данных по SCSI-шине, и устанавливал на SCSI-шине такой оптимальный режим передачи данных из числа возможных, который поддерживали бы все SCSI-устройства.
Процесс определения совокупности режимов работы SCSI-шины, поддерживаемых подключенными к ней SCSI-устройствами, и выбора ее текущего режима называется negotiation, что дословно можно перевести как «переговоры». До появления интерфейса Ultra160 SCSI во время проведения «переговоров» SCSI-шина работала в асинхронном режиме с пропускной способностью в 5 Мбайт/с и при этом не проверялось, смогут ли на самом деле SCSI-устройства передавать данные в тех SCSI-режимах, поддержку которых они декларировали во время «переговоров» (например, в режиме с пропускной способностью в 40 или 80 Мбайт/с). В результате иногда возникала ситуация, когда SCSI-устройство не могло поддерживать тот режим, который был установлен на шине в результате «переговоров», и оказывалось недоступно.
Технология Domain Validation позволяет избежать проблем подобного рода и предусматривает более совершенный способ проведения «переговоров» и выбора режима работы SCSI-шины. Достигается это за счет того, что адаптер, как только «договорится» с устройством о каком-то режиме работы SCSI-шины, тут же проверяет, действительно ли это устройство поддерживает выбранный режим.
Для этого адаптер, установив предварительно на шине выбранный SCSI-режим, передает проверяемому устройству некоторый тестовый набор данных, который устройство, в свою очередь, должно передать обратно адаптеру. Если при этом наборы данных, переданных и принятых адаптером, одинаковы, то считается, что устройство способно нормально поддерживать выбранный SCSI-режим, а процесс «переговоров» между ним и адаптером заканчивается.
В противном случае адаптер и устройство начинают «договариваться» о более медленном SCSI-режиме. И этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет найден такой SCSI-режим, который поддерживается устройством, участвующим в процессе «переговоров».
Стоит также отметить, что в технологии Domain Validation предусмотрено три уровня интенсивности тестирования выбранного SCSI-режима: Basic — производится во время восстановления начального рабочего состояния SCSI-шины (SCSI bus reset), что происходит, например, каждый раз во время загрузки компьютера; Enhanced — осуществляется во время инициализации драйвера SCSI-контроллера; и, наконец, Extended — выполняется вручную с помощью какого-либо специального программного обеспечения, предназначенного для тестирования SCSI-шины и подключенных к ней SCSI-устройств.
Итак, интерфейс Ultra160 SCSI является значительным шагом вперед по сравнению с предшествовавшим ему Ultra2 SCSI, и использование SCSI-адаптеров и SCSI-винчестеров, способных поддержать на шине режим передачи данных в 160 Мбайт/с, позволит уже в ближайшее время существенно повысить производительность рабочих станций и серверов. Однако при ближайшем рассмотрении оказывается, что буквально через год-два шина Ultra160 SCSI может снова стать «узким местом» в дисковой подсистеме.
 |
|
Трансфер в 160 Мбайт/с — много или мало?
Индустрия производства носителей информации является одной из самых быстро развивающихся в компьютерной отрасли, и поэтому, чтобы выжить в конкурентной гонке, производители жестких дисков вынуждены прикладывать максимум усилий для совершенствования своей продукции. Это, в свою очередь, приводит к тому, что производительность винчестеров в последнее время неуклонно растет стремительными темпами за счет увеличения как скорости вращения дисковых пластин, так и плотности записи данных на их поверхности.
Как следствие, возрастает и максимально возможная скорость передачи данных между винчестером и компьютером в установившемся режиме (sustained transfer rate), что в случае использования SCSI-дисков требует увеличения пропускной способности SCSI-шины.
Так какова же должна быть производительность SCSI-шины на сегодняшний день? Прежде всего обратимся к результатам тестирования пропускной способности SCSI-шины в режиме Ultra SCSI и Ultra2 SCSI, проведенного нами ранее для SCSI-адаптера Adaptec 2940U2W и жестких SCSI-дисков IBM DDYS-T36950 и Seagate ST318451LW (кстати, обе модели включены и в этот обзор), которые были опубликованы в нашей статье «Жесткие диски с интерфейсом IDE-2000» в сентябрьском номере КомпьютерПресс за 2000 год.
Тогда мы измеряли производительность винчестеров, прогоняя тесты из пакетов ZD Winstone 99 версии 1.3 и ZD WinBench 99 версии 1.1 под управлением ОС Windows 98 SE не только для IDE-дисков, но и для двух эталонных SCSI-накопителей (роль которых как раз и выполняли IBM DDYS-T36950 и Seagate ST318451LW) — это делалось для того, чтобы сравнить производительность современных IDE- и SCSI-накопителей (к этому вопросу мы еще вернемся, но несколько позднее).
Попутно мы также проверяли, как режим работы SCSI-шины влияет на производительность дисковой подсистемы. С этой целью мы тестировали SCSI-диски при двух режимах работы SCSI-шины: Ultra SCSI с максимальной скоростью передачи данных по шине в 40 Мбайт/с и Ultra2 SCSI — с 80 Мбайт/с.
Вывод, к которому мы тогда пришли, был однозначным: для использования современных SCSI-дисков с максимальной эффективностью режим SCSI-шины должен быть как минимум Ultra2 SCSI, поскольку эти винчестеры могут «выдавать» на внешний интерфейс поток данных со скоростью порядка 40 Мбайт/с и более, а в этом случае режим Ultra SCSI оказывается слишком «узким».
В качестве иллюстраций к этому заключению мы приводим полученные ранее графики Disk Transfer Rate в режимах Ultra SCSI и Ultra2 SCSI, из сравнения которых следует, что режим Ultra SCSI ограничивает скорость последовательного чтения данных до 34-38 Мбайт/с, в то время как с режимом Ultra2 SCSI такой проблемы нет.
IBM DDYS-T36950 — график зависимости Disk Transfer Rate в режиме Ultra
SCSI (пропускная способность шины — до 40 Мбайт/с) под управлением ОС Windows
98 SE PE.
IBM DDYS-T36950 — график зависимости Disk Transfer Rate в режиме Ultra2
SCSI (пропускная способность шины — до 80 Мбайт/с) под управлением ОС Windows
98 SE PE.
Seagate ST318451LW — график зависимости Disk Transfer Rate в режиме Ultra
SCSI (пропускная способность шины — до 40 Мбайт/с) под управлением ОС Windows
98 SE PE.
Seagate ST318451LW — график зависимости Disk Transfer Rate в режиме Ultra2
SCSI (пропускная способность шины — до 80 Мбайт/с) под управлением ОС Windows
98 SE PE.
Из приведенных данных можно сделать еще одно очень важное заключение: накладные расходы на передачу служебной информации по SCSI-шине во время прокачки данных с жестких дисков могут достигать 15%. Так, например, для IBM DDYS-T36950 при работе в режиме Ultra SCSI максимальное значение Disk Transfer Rate равнялось 34 Мбайт/с. В то же время мы знаем, что при этом SCSI-шина работала с максимальной нагрузкой (иначе график Disk Transfer Rate не был бы срезан в самом начале) и общая скорость передачи данных по ней составляла 40 Мбайт/с. А это значит, что скорость передачи служебных данных равнялась: 40 Мбайт/с — 34 Мбайт/с = 6 Мбайт/с, что составляет 15% от общей пропускной способность SCSI-шины в режиме Ultra SCSI. Для Seagate ST318451LW, у которого Disk Transfer Rate достигал 38 Мбайт/с, этот показатель равнялся 5%.
Какие из этого можно сделать выводы? Во-первых, разные SCSI-диски работают со SCSI-шиной по-разному — сравните 15 и 5% накладных расходов на передачу данных соответственно у IBM DDYS-T36950 и Seagate ST318451LW. Во-вторых, при проектировании дисковой SCSI-подсистемы нужно оставлять запас по пропускной способности SCSI-шины в 15% (а лучше в 20%) для передачи служебной информации.
Теперь возьмем семейство SCSI-дисков Cheetah X15, в которое входят самые производительные на сегодняшний день SCSI-винчестеры (среди них и упоминавшийся уже ранее Seagate ST318451LW), имеющие скорость вращения дисковых пластин в 15 000 об./мин.
У Seagate ST318451LW максимальная скорость последовательного чтения данных составляет около 42 Мбайт/с, что хорошо видно на графике Disk Transfer Rate (кстати, поведение этого графика практически не зависит от того, под какой операционной системой он снимается — Windows 98 или Windows 2000 Professional). Поэтому если к SCSI-шине подключается один такой диск, то для того, чтобы она не замедляла его работу, пропускная способность SCSI-шины должна быть не менее: 42 Мбайт/с x 1,2 = 50,4 Мбайт/с, если два диска — не менее: 2 x 42 Мбайт/с x 1,2 = 100,8 Мбайт/с, а если три/четыре диска — не менее 151,2/201,2 Мбайт/с.
Из приведенных выше расчетов видно, что пропускной способности Ultra Wide-режима SCSI-шины (40 Мбайт/с) уже явно недостаточно для обеспечения эффективного использования современных скоростных SCSI-дисков. В режиме Ultra2 Wide пропускной способности SCSI-шины (80 Мбайт/с) хватает для того, чтобы использовать с максимальной отдачей возможности только одного такого винчестера, а в режиме Ultra160 SCSI (160 Мбайт/с) — для подсоединения максимум трех накопителей без ущерба для их производительности.
Таким образом, если из дисковой подсистемы нужно выжать максимум производительности, то три высокоскоростных SCSI-диска класса винчестеров семейства Cheetah X15 — это предел для интерфейса Ultra160 SCSI. Но три диска на одной SCSI-шине — это, в общем-то, совсем немного, когда требуется построить дисковую подсистему большой емкости с использованием RAID-массивов. Поэтому запуск в производство SCSI-адаптеров и SCSI-дисков с интерфейсом Ultra320 SCSI, что должно произойти довольно скоро, будет очень даже кстати.
Заметим также, что в последнее время все компании, так или иначе связанные с производством SCSI-дисков и SCSI-адаптеров, придерживаются следующего правила, полученного эмпирическим путем и проверенного на практике: «Пропускная способность SCSI-шины должна быть в 3-4 раза больше, чем скорость передачи данных в установившемся режиме у самого быстрого SCSI-винчестера, подключенного к ней». И если следовать этому правилу, то интерфейс Ultra160 SCSI — как раз то, что нужно в настоящий момент. Однако нет никакой гарантии, что через год шина Ultra160 SCSI еще будет удовлетворять этому требованию — а тем более через пару лет. Поэтому интерфейс Ultra320 SCSI, как нам кажется, должен выйти на сцену уже в 2001 году.
|
|
Участники тестирования
Во время подготовки этого обзора мы провели испытания четырех SCSI-винчестеров со скоростью вращения дисковых пластин в 10 000/15 000 об./мин: Fujitsu MAJ3182MP, IBM DDYS-T36950, Quantum Atlas 10K II TY184L и Seagate ST318451LW (тестировалось два диска Seagate ST318451LW, различавшиеся версией прошитого в них программного кода: Firmware 2 и Firmware 3); двух SCSI-накопителей со скоростью вращения дисковых пластин в 7200 об./мин: Quantum Atlas V 18 WLS и Seagate ST318436LW; двух SCSI-адаптеров с интерфейсом Ultra160 SCSI — Adaptec 29160 и Tekram DC-390U3D; одного RAID-контроллера с интерфейсом Ultra160 SCSI — Mylex AcceleRAID 352 с кэш-буфером емкостью 32 Мбайт.
К сожалению, в числе протестированных SCSI-винчестеров не было дисков от Western Digital, поскольку на момент проведения испытаний эта компания производила только довольно старые SCSI-модели, которые не имело смысла включать в данный обзор. Чем это обусловлено, мы точно сказать не беремся, а можем лишь предположить, что WD решила уйти с рынка SCSI-винчестеров, полностью переключившись на производство дешевых IDE-дисков.
|
|
Методика тестирования
Все представленные в настоящем обзоре накопители испытывались с помощью тестовых пакетов ZD Winstone 99 версии 1.3 и ZD WinBench 99 версии 1.1. Первый представляет собой тест общесистемного уровня, измеряющий производительность компьютера в целом, то есть в данном случае быстродействие дискового накопителя измеряется косвенно. Пакет ZD WinBench 99 состоит из набора тестов для исследования производительности отдельных компонентов системы, в том числе и дискового накопителя.
Все тесты выполнялись под управлением операционной системы Windows 2000 Professional с Service Pack 1 при видеорежиме с разрешением 1024x768 точек, 32-битной глубиной цвета и частотой регенерации изображения 85 Гц.
Для проведения испытаний использовалась следующая установка:
- процессор Intel Pentium III 500, ядро — Katmai, тактовая частота ядра — 500 МГц, разъем — Slot 1, частота системной шины x коэффициент умножения частоты процессора — 100 x 5;
- материнская плата ASUS P3C2000 на чипсете Intel 820;
- 128 Мбайт DIMM-модуль SDRAM-памяти стандарта PC133 производства Transcend (http://www.transcend.com.tw), официальный дистрибьютор Transcend в России — компания «АК-Цент Микросистемс» (http://www.ak-cent.ru);
- видеокарта ASUS AGP-V3800 Deluxe на базе чипсета nVIDIA RIVA TNT2 Ultra с интерфейсом AGP и буфером кадров объемом 32 Мбайт;
- CD-ROM-дисковод ASUS CD-S400 с IDE-интерфейсом;
- источник бесперебойного питания OPTI-UPS 650ES (http://www.opti-ups.ru).
|
|
Результаты тестирования
Кроме результатов выполнения интегральных тестов High-End Winstone 99 (общая производительность системы в приложениях класса High-End), Business Disk WinMark 99 и High-End Disk WinMark 99 (общая производительность дисковой подсистемы в приложениях класса Business и соответственно High-End) мы также приводим результаты выполнения отдельных дисковых тестов из пакета ZD WinBench 99; Disk Transfer Rate:Beginning/End — скорость передачи по внешней шине считываемых данных в начале/конце логического адресного пространства диска; Disk Access Time — время доступа к данным на диске; Disk CPU Utilization — загрузка процессора во время выполнения дисковых операций, а также показатели производительности дисковой подсистемы при работе с типичными приложениями — Disk Playback/HE:AVS/Express 3.4; Disk Playback/HE:FrontPage 98; Disk Playback/HE:MicroStation SE; Disk Playback/HE:Photoshop 4.0; Disk Playback/HE:Premiere 4.2; Disk Playback/HE:Sound Forge 4.0; Disk Playback/HE:Visual C++ 5.0; Disk Playback/Removable Media.
Для теста Disk Transfer Rate, помимо граничных значений, также приводятся графики, иллюстрирующие зависимость скорости передачи считываемых данных от их месторасположения в логическом адресном пространстве носителя. Следует подчеркнуть, что здесь имеется в виду именно логическая, а не физическая адресация данных, поскольку через внешний интерфейс возможно «прощупать» только логическую адресацию, в то время как о соответствии между логической и физической адресацией «знает» только микрокод накопителя (и, естественно, производитель диска).
Обращаем внимание читателей на еще одну характеристику дисков — плавность изменения скорости передачи считываемых данных в зависимости от их месторасположения в логическом адресном пространстве накопителя, что наглядно отражается на графиках с результатами тестов Disk Transfer Rate. По поведению этой кривой можно косвенно судить о работе сервосистемы диска: чем плавнее кривая, тем «правильнее» работает сервосистема.
Для каждого испытывавшегося диска все вышеперечисленные тесты прогонялись при его подключении как к SCSI-адаптеру Adaptec 29160, так и к Tekram DC-390U3D. Сразу же заметим, что, оперируя полученным во время испытаний тестовым показателям, определить, какой из этих двух адаптеров является лучшим, не представляется возможным. Некоторые диски работали быстрее при использовании Adaptec 29160, другие же — при подключении к Tekram DC-390U3D. При этом разница в результатах при замене одного адаптера на другой была небольшая. Так что в целом оказалось, что по своей производительности SCSI-адаптеры Adaptec 29160 и Tekram DC-390U3D примерно равны.
Отдельно приводятся результаты тестирования SCSI RAID-адаптера Mylex AcceleRAID 352 с кэш-буфером емкостью 32 Мбайт, которые проводились для трех различных конфигураций дисковой подсистемы: один диск Seagate Cheetah ST318451LW; аппаратный массив RAID 0 на двух дисках Seagate Cheetah ST318451LW; аппаратный массив RAID 1 на двух дисках Seagate Cheetah ST318451LW. Еще раз отметим, что оба винчестера Cheetah ST318451LW были абсолютно одинаковыми, за исключением прошитого в них программного кода: первый был с программным кодом второй версии (Firmware 2), а второй — с программным кодом третьей версии (Firmware 3).
Помимо этого для сравнения производительности и ценовых характеристик жестких дисков с IDE- и SCSI-интерфейсами мы включили в этот обзор результаты тестирования под управлением ОС Windows 98 SE PE жестких IDE-дисков IBM DTLA-307030 и Seagate ST320420A, которые на сегодняшний день принадлежат к числу самых производительных IDE-винчестеров и могут считаться эталоном IDE-дисков. Испытание этих двух накопителей проводилось летом 2000 года во время подготовки нашей статьи «Жесткие диски с интерфейсом IDE-2000» (КомпьютерПресс № 9’2000).
В дополнение мы включили в данный обзор полученные тогда же результаты тестирования под управлением ОС Windows 98 SE PE жестких SCSI-дисков — IBM DDYS-T36950 и Seagate ST318451LW — при работе SCSI-шины как в режиме Ultra SCSI, так и в режиме Ultra2 SCSI, выбранных в тот раз в качестве эталона SCSI-дисков. Сделано это было для того, чтобы провести сравнение IDE- и SCSI-накопителей как можно корректнее, поскольку сейчас мы тестировали SCSI-диски под управлением Windows 2000 Professional, а результаты использовавшихся нами тестов из пакетов ZD Winstone 99 и ZD WinBench 99 при замене операционной системы Windows 98 SE PE на Windows 2000 Professional сильно варьируются.
Заметим также, что все цены, приведенные в этом обзоре (в том числе и для тестировавшихся ранее IDE-дисков), взяты по состоянию на середину октября 2000 года.
|
|
