Тестирование жестких дисков с интерфейсом SCSI

Сергей Пахомов

Методика тестирования

Результаты тестирования

Выбор редакции

   IBM Ultrastar 36Z15 (IC35L018UCPR15)

   Quantum Atlas 10K III

   Seagate Cheetah X15 36LP (ST336752LW)

   Fujitsu MAM3184MP

В тестовой лаборатории «КомпьютерПресс» проведено тестирование четырех жестких дисков с интерфейсом SCSI: IBM Ultrastar 36Z15 (IC35L018UCPR15), Seagate Cheetah X15 36LP (ST336752LW), Quantum Atlas 10K III, Fujitsu MAM3184MP.

За год, прошедший с момента нашего последнего тестирования, революционных изменений на рынке SCSI-винчестеров не произошло. Но если еще в прошлом году компания Seagate являлась монополистом на рынке жестких дисков со скоростью вращения 15 000 об./мин, то теперь ситуация кардинально изменилась: компании Fujitsu и IBM также представили свои новинки, имеющие указанную скорость вращения.

В нашем тестировании мы постарались провести сравнительный анализ всех последних новинок. Конечно, корректно было бы сравнивать винчестеры с одинаковыми характеристиками (скорость вращения, количество пластин, емкость, интерфейс и т.д.), но, задав такие жесткие критерии отбора, мы бы получили в каждой номинации по одному представителю — в таком случае сравнивать было бы нечего. Поэтому основным условием при отборе жестких дисков было то, что тестируемая модель должна быть последней в своем модельном ряде. Единственное, что совпадало у всех дисков, — это интерфейс Ultra SCSI 160 (хотя именно интерфейс никак не влияет на результаты тестирования). Технические характеристики тестируемых жестких дисков представлены в табл. 1.

Методика тестирования

се представленные в обзоре накопители испытывались с помощью программных пакетов IOmeter 99.10.20 и ZD WinBench 99 версии 2.0.

Первый тестовый пакет является разработкой компании Intel и представляет собой, на наш взгляд, очень тонкий инструмент для измерения производительности жестких дисков. Утилита IOmeter является синтетическим тестом, что позволяет прецизионно настраивать тест на измерение производительности жестких дисков при выполнении ими специфических задач. Утилита дает возможность работать с не разбитыми на логические разделы жесткими дисками, что позволяет тестировать диски независимо от файловой структуры и свести к нулю влияние операционной системы.

При тестировании возможно создание специфической модели доступа (или «паттерна»), способной конкретизировать выполнение жестким диском специфических операций. В случае создания конкретной модели доступа возможно менять следующие параметры:

• размер запроса на передачу данных;
• процент доступа по данному запросу;
• случайное/последовательное распределение (в %);
• распределение операций чтения/записи (в %);
• количество отдельных операций ввода-вывода, работающих параллельно.

Последняя характеристика позволяет задавать загрузку тестируемого жесткого диска. К примеру, если задается всего одно обращение к диску, то при 100% случайном доступе мы можем измерить среднее время случайного доступа при работе с той или иной моделью доступа . Однако при работе с реальными приложениями более показательной является ситуация, когда одновременно осуществляется несколько обращений к диску. Так, при дефрагментации диска наблюдаются всплески с количеством одновременных операций ввода-вывода, превышающим 100.

Учитывая, что жесткие диски с SCSI-интерфейсом предназначены в первую очередь для серверов и рабочих станций, при тестировании дисков мы использовали три различные модели доступа, типичные для серверов: «Файл-сервер», «Web-сервер» и «Сервер баз данных».

Модель доступа «Файл-сервер» создает нагрузку на дисковую подсистему, типичную для файл-сервера. Характерно, что в этой модели рассматриваются различные по размеру запросы на чтение и запись. Размер запроса варьируется от 512 байт до 64 Кбайт, а доля тех или иных запросов в общей модели доступа задается весовым коэффициентом участия данного запроса. Если, например, имеется всего восемь различных по величине запросов и запросу размером 4 Кбайт присваивается весовой коэффициент участия 60%, то это означает, что 60 запросов из 100 будут иметь размер 4 Кбайт. В модели доступа «Файл-сервер» 80% всех операций ввода-вывода приходится на чтение, причем операции ввода-вывода носят характер 100% случайной выборки, что вполне типично для файл-серверов. Характеристики модели доступа «Файл-сервер» приведены в табл. 2.

Модель доступа «Web-сервер» определяет типичную нагрузку на дисковую подсистему сервера при его эксплуатации в данном режиме. В этой модели также характерны различные по размеру запросы, но при 100% операциях выборочного чтения. Характеристики модели доступа «Web-сервер» приведены в табл. 3.

Модель доступа «Сервер баз данных» характеризуется только одним размером запроса в 8 Кбайт. При этом предполагается 100% выборочные операции чтения (записи), а доля операций чтения составляет 67%.

Кроме вышеуказанных серверных моделей доступа мы также рассмотрели модель доступа «Рабочая станция», эмулирующую нагрузку на дисковую подсистему, типичную для рабочей станции. Эта модель определяет 80% случайных обращений к диску и 80% операций чтения при размере запроса 8 Кбайт. Как видно, такая модель доступа подразумевает преобладание случайных обращений и предполагает, что в основном будут иметь место операции чтения, тогда как операции записи будут в большинстве своем приходиться на запись в файл подкачки (swapfile).

Для более полного определения возможности жестких дисков при записи и чтении проводились исследования в режиме 100% последовательного и 100% выборочного доступа при 100% чтении и 100% записи.  Таким образом, каждый жесткий диск тестировался с использованием восьми различных моделей доступа. Характеристики моделей доступа «Сервер баз данных», «Рабочая станция», «Последовательное чтение», «Последовательная запись», «Выборочное чтение» и «Выборочная запись» даны в табл. 4.

Единственным измеряемым параметром во всех моделях доступа было общее количество операций ввода-вывода в секунду. Этот результат показывает, сколько обращений было выполнено за секунду. Зная скорость операций ввода-вывода, несложно рассчитать и общее количество переданных мегабайт в секунду. Действительно, учитывая, что размер запроса составляет 8 Кбайт, получим, что количество данных, передаваемых за каждую секунду, равно количеству операций ввода-вывода за секунду, умноженному на размер запроса.

Отметим также, что утилита IOmeter позволяет определять и другие характеристики при тестировании жестких дисков, но все они так или иначе связаны со скоростью операций ввода-вывода.

При использовании пакета IOmeter тестируемый жесткий диск подключался к SCSI-контроллеру Adaptec AHA-2940U2W. К IDE-каналу подключался IDE-диск с операционной системой Windows XP Professional.

При тестировании мы также варьировали степень загрузки жесткого диска, увеличивая количество одновременно выполняемых операций ввода-вывода от 1 до 256. Рассматривалось количество параллельно выполняемых задач: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 и 256. Результаты тестирования по каждой модели доступа и по степени загрузки винчестера приведены в разделах описания каждой конкретной модели.

Второй пакет — ZD WinBench 99, используемый нами для тестирования жестких дисков, позволял определять скорость линейного чтения и зависимость этой скорости от физического месторасположения блока данных на диске. При использовании утилиты ZD WinBench 99 использовалась операционная система Windows XP Professional. Тестируемый диск был отформатирован с размером кластера по умолчанию (4 Кбайт) и имел файловую структуру NTFS.

Дополнительно в процессе тестирования измерялась температура жесткого диска на поверхности, для чего использовалась система температурного контроля TS Thermal@Control 88 производства компании TS (http://www.ts.ru/).

К устройству системы термоконтроля TS Thermal@Control 88 подключаются до восьми термодатчиков, измеряющих температуру в диапазоне от 0 до 100 °С с точностью до 0,1°. Термодатчик располагался по центру жесткого диска, а показания фиксировались во время теста с операциями выборочного ввода-вывода, которые наиболее интенсивно нагревают жесткий диск за счет активной работы сервосистемы. Показания снимались в установившемся режиме, то есть когда температура достигала своего предельного значения и переставала меняться.

Для испытаний SCSI-дисков использовалась следующая тестовая установка:

• процессор Intel Pentium 4 1700 МГц;
• материнская плата: ASUS P4B;
• SCSI-контроллер Adaptec AHA-2940U2W;
• объем оперативной памяти 256 Мбайт SDRAM PC133;
• видеокарта ABIT Siluro GeForce3 Ti 200.

Результаты тестирования

ля того чтобы иметь возможность сравнивать жесткие диски не по результатам отдельных тестов, а интегрально, мы прежде всего обобщили результаты тестирования утилитой IOmeter.

Поскольку для каждой модели доступа определялся результат для девяти различных типов загрузки, рассчитывался интегральный результат, характеризующий данную модель доступа. Для этого результаты тестирования для всех вариантов загрузки усреднялись. Полученное таким образом интегральное значение характеризовало среднее количество операций ввода-вывода.

Для сравнения винчестеров каждой модели доступа присваивался свой весовой коэффициент, определяющий значимость полученного в данной модели доступа результата. После этого весовые коэффициенты умножались на соответствующие им нормированные на максимальное значение показатели тестирования, а затем полученные результаты складывались. Итоговая сумма определяла интегральный показатель качества жесткого диска. Интегральные результаты тестирования жестких дисков программой IOmeter представлены в табл. 5.

Для того чтобы повысить информативность и не ограничиваться отчасти субъективным «Выбором редакции», по ходу описания каждой модели жесткого диска мы приводим подробные графические результаты теста Disk Transfer Rate, которые иллюстрируют зависимость скорости передачи считываемых данных от их месторасположения в логическом адресном пространстве носителя.

Количество операций ввода-вывода в зависимости от загрузки диска в модели доступа «Файл-сервер»

Количество операций ввода-вывода в зависимости от загрузки диска в модели доступа «Web-сервер»

Количество операций ввода-вывода в зависимости от загрузки диска в модели доступа «Сервер баз данных»

Количество операций ввода-вывода в зависимости от загрузки диска в модели доступа «Рабочая станция»

Количество операций ввода-вывода в зависимости от загрузки диска в модели доступа «Последовательное чтение»

Количество операций ввода-вывода в зависимости от загрузки диска в модели доступа «Последовательная запись»

Количество операций ввода-вывода в зависимости от загрузки диска в модели доступа «Выборочная запись»

Количество операций ввода-вывода в зависимости от загрузки диска в модели доступа «Выборочное чтение»

Выбор редакции

ыбор редакции производился в двух номинациях: «Самый производительный жесткий диск» и «Оптимальная покупка».

При выборе в первой номинации учитывался интегральный показатель качества диска, а для определения оптимального для покупки диска рассчитывалось соотношение «качества/цена».

Выбора редакции в номинации «Самый производительный жесткий диск» была удостоена модель Fujitsu MAM3184MP.

Выбором редакции в номинации «Оптимальная покупка» был отмечен диск Seagate Cheetah X15 36LP.

IBM Ultrastar 36Z15 (IC35L018UCPR15)

Семейство дисков IBM Ultrastar 36Z15 включает диски емкостью 18,4 и 36,7 Гбайт. Все диски данного модельного ряда имеют скорость вращения 15 000 об./мин и плотность записи 10 700 Мбит/кв. дюйм. Соответственно линейная плотность записи составляет 397 000 бит/дюйм, плотность размещения треков — 27 000 треков/дюйм.

Основное различие между дисками разного объема данной серии заключается в количестве пластин: в диске емкостью 18,4 Гбайт пластин четыре, а в диске емкостью 36,7 Гбайт — шесть. В результате у дисков с различным количеством блинов несколько отличаются и характерные времена доступа.

Мы тестировали диск IBM Ultrastar 36Z15 (IC35L018UCPR15) объемом 18,4 Гбайт, который имеет четыре пластины (или четыре «блина», если угодно) с плотностью записи 4,6 Гбайт на пластину. Объем буфера составляет 4 Мбайт — не слишком много для современных SCSI-винчестеров. Кроме того, стоит обратить внимание на достаточно низкую плотность записи на пластину, однако за счет такого решения достигается уменьшение времени позиционирования головок на нужный трек.

Уровень шума диска составляет 38 дБ в состоянии ожидания и 40 дБ при операциях ввода-вывода.

Как и следовало ожидать (можно уже говорить о традиции), жесткий диск IBM Ultrastar 36Z15 проявил себя во всех тестах с наилучшей стороны, лишь немного отстав от лидера (табл. 6). Явное преимущество этого диска выявилось в операциях последовательного чтения и записи, а оптимальное применение этот диск может найти в Web-серверах.

Отметим, что максимальная температура, зафиксированная во время испытаний, составила 62 °С, что явилось своеобразным рекордом.

График линейной скорости чтения в тесте Disk Transfer Rate для диска IBM Ultrastar 36Z15 (IC35L018UCPR15)

Quantum Atlas 10K III

Семейство дисков Quantum Atlas 10K III, которые теперь продаются под торговой маркой компании Maxtor, включает в себя диски емкостью 18,4; 36,7 и 73,4 Гбайт. Все диски данного модельного ряда имеют скорость вращения 10 000 об./мин и плотность записи 17,9 Гбит/кв. дюйм.

Основное различие между дисками разного объема данной серии также заключается в количестве пластин. В диске емкостью 18,4 Гбайт всего одна пластина, в диске на 36,7 Гбайт их две, а в диске емкостью 73,4 Гбайт — уже четыре. Объем буфера для всех дисков данного модельного ряда составляет 2 Мбайт.

Мы тестировали диск Quantum Atlas 10K III объемом 18,4 Гбайт. Следует обратить внимание, что этот диск был в нашем тестировании единственной моделью со скоростью вращения 10 000 об./мин.

Как и ожидалось, жесткий диск Quantum Atlas 10K III проявил себя не лучшим образом во всех тестах (табл. 7). Что ж, диску со скоростью вращения 10 000 об./мин трудно соревноваться со своими более скоростными собратьями. Исключение составили, пожалуй, только тесты последовательной записи и чтения, где данный диск смог не только не отстать от своих конкурентов, но даже занять второе место. Однако с учетом того, что удельный вес последовательных операций ввода-вывода в моделях, отвечающих реальной работе диска, невелик, интегральная оценка общей производительности этого диска оказалась достаточно низкой.

Максимальная температура, до которой смог разогреться диск во время тестирования, составила всего 43 °С, то есть благодаря низкой скорости вращения этот диск оказался наименее нагреваемым.

График линейной скорости чтения в тесте Disk Transfer Rate для диска Quantum Atlas 10K III

Seagate Cheetah X15 36LP (ST336752LW)

Модельный ряд Seagate Cheetah X15 36LP включает в себя две модели: ST318452LC(LW) с емкостью 18,4 Гбайт и ST336752LC(LW) с емкостью 36,7 Гбайт.

Данные модели относятся к дискам со скоростью вращения 15 000 об./мин второго поколения. Напомним, что компания Seagate первой выпустила диски с такой скоростью вращения и в течение достаточно длительного срока оставалась монополистом на рынке высокоскоростных дисков. Однако после того как в борьбу вступили такие именитые конкуренты, как IBM и Fujitsu, лидерство дисков Seagate оказалось под вопросом.

В тестировании участвовала модель ST336752LW с емкостью 36,7 Гбайт (к сожалению, найти диск с емкостью 18,4 Гбайт нам не удалось). Этот диск имеет буфер объемом 8 Мбайт и состоит из четырех пластин.

При тестировании диск Seagate Cheetah X15 36LP проявил себя вполне достойно, но уступил по некоторым параметрам дискам IBM Ultrastar 36Z15 и Fujitsu MAM3184MP, оказавшись в результате на третьем месте, хотя отставание от лидеров оказалось очень несущественным.

Как видно по результатам тестирования (табл. 8), диск Seagate Cheetah X15 36LP прекрасно подходит для использования в файл-серверах и серверах баз данных. К его слабым сторонам можно отнести операции последовательного ввода-вывода, а вот результаты диска при операциях выборочного ввода-вывода значительно лучше.

Максимальная зафиксированная температура на поверхности диска составила 61 °С, то есть практически столько же, что и для диска IBM Ultrastar 36Z15.

График линейной скорости чтения в тесте Disk Transfer Rate для диска Seagate Cheetah X15 36LP (ST336752LW)

Fujitsu MAM3184MP

Диски Fujitsu серии MAM обладают скоростью вращения 15 000 об./мин. Модельный ряд включает в себя два устройства: MAM3184MC/MP с емкостью 18,4 Гбайт и MAM3367MC/MP с емкостью 36,7 Гбайт. Отличаются эти модели количеством пластин: в диске емкостью 18,4 Гбайт две пластины, а в диске емкостью 36,7 Гбайт — четыре. Объем буфера в обеих моделях составляет 8 Мбайт.

При тестировании мы использовали диск Fujitsu MAM3184MP с емкостью 18,4 Гбайт, который показал себя с наилучшей стороны, став бесспорным лидером по результатам многих тестов.

Основная борьба за первое место развернулась между диском Fujitsu MAM3184MP и диском IBM Ultrastar 36Z15. Однако результаты всех тестов диска Fujitsu MAM3184MP оказались несколько более высокими (табл. 9), что и стало причиной присуждения диску знака «Выбор редакции».

Единственное слабое место диска — операции последовательного ввода-вывода. В этих тестах он уступил не только диску IBM Ultrastar 36Z15, но и всем другим конкурентам. Впрочем, это не смогло повлиять на конечный результат, поскольку удельный вес этих операций во всех реальных моделях доступа не слишком высок.

Максимальная зафиксированная температура на поверхности диска составила всего 54 °С. Среди дисков со скоростью вращения 15 000 об./мин это наилучший результат (на 7-8 °С ниже, чем у конкурентов).

График линейной скорости чтения в тесте Disk Transfer Rate для диска Fujitsu MAM3184MP

КомпьютерПресс 10'2002