Групповое тестирование жестких дисков объемом 10 Тбайт

⇡#Методика тестирования

Изолированные тесты производительности

Выполняются с помощью Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт.

1. Последовательное чтение/запись данных блоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256.

2. Произвольное чтение/запись блоков от 512 байт до 2 Мбайт с глубиной очереди запросов 256.

3. Смешанное чтение/запись блоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Доля операций чтения и записи варьирует от 0 до 100% с шагом 10%.

4. Зависимость пропускной способности от глубины очереди запросов. Выполняется чтение блоков размером 4 Кбайт, глубина очереди запросов варьирует от 1 до 256 с шагом степени двойки. Аналогичный тест на запись блоков не проводится, т.к. по этому параметру жесткие диски не различаются.

5. Устоявшееся время отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 512 байт с глубиной очереди запросов 1. Тест продолжается в течение 10 мин.

6. Постоянство времени отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 4 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Для каждого отрезка теста продолжительностью 1 с записывается среднее и максимальное значение времени отклика, на основании которых вычисляются: а). средние значения обоих показателей; б). стандартное отклонение среднего времени отклика.

7. Многопоточное чтение/запись. Создаются четыре потока, выполняющие последовательное чтение/запись блоков размером 64 Кбайт с глубиной очереди запросов 1. Потоки имеют доступ к непересекающимся адресным пространствам объемом 100 Гбайт, которые расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная пропускная способность всех потоков, а также каждого из них в отдельности.

Тесты с эмулированной нагрузкой

1. В Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт. Глубина очереди команд – 256.

2. PCMark 7 (Secondary Storage). На тестируемом накопителе создается единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объем. В результатах учитывается а). итоговый балл теста; б). пропускная способность в отдельных субтестах.

Тестовый стенд

Тестируемый накопитель подключается к контроллеру, встроенному в чипсет материнской платы, и работает в режиме AHCI.

⇡#Основные тесты

Последовательное чтение/запись

• По реальному быстродействию в условиях линейного доступа к блокам диски различаются далеко не так сильно, как указано в их спецификациях. Этого и следовало ожидать, коль скоро участники теста оснащены пластинами одинаковой емкости.
• Заметным исключением является WD Red, так как среди изучаемых это единственный HDD со скоростью вращения шпинделя 5400 об/мин.
• В группе «семитысячников» не в лучшую сторону выделяется Seagate BarraCuda Pro.

Произвольное чтение/запись

• Лучшие результаты в тесте произвольного чтения продемонстрировали диски Seagate. В верних строчках графика — IronWolf Pro и Enterprise Capacity 3.5 HDD. Устройства HGST/WD существенно уступают соперникам, в особенности это касается WD Red.
• 
  С другой стороны, WD Gold и HGST Ultrastar He10 безоговорочно лидируют по скорости операций записи. По всей видимости, здесь играет роль тот самый media cache дисков HGST, которым, если судить по идентичному поведению двух моделей, может обладать и модель WD Gold.
• Неожиданно высокую позицию занял WD Red, а нижние места графика остались дискам Seagate.

⇡#Расширенный анализ

Устоявшееся время отклика

• В данном тесте время отклика при чтении в наибольшей степени зависит от фундаментальных свойств механики диска — скорости вращения шпинделя и перемещения актуатора. На время отклика при записи — из-за столь крупного буфера, каким оснащаются современые HDD — заметное влияние оказывает и кеширующий механизм контроллера.
• По результатам замеров устройства распределились сообразной своей категории: серверные диски существенно превосходят своих коллег для настольных ПК и домашних NAS.

Зависимость пропускной способности от длины очереди команд

• Верхние точки кривых соответствуют позициям, которые соперники заняли в «простом» тесте скорости произвольного чтения. Однако при меньших значениях длины очереди команд разница между дисками стремительно сокращается. В условиях сниженной нагрузки, характерной для нормального режима эксплуатации файлового сервера, лучший результат по-прежнему принадлежит IronWolf Pro и Enterprise Capacity 3.5 HDD, а IronWolf и BarraCuda опустились до уровня WD Red.

Смешанное чтение/запись

• Все диски, за исключением WD Gold, работают хуже всего, когда в смешаной нагрузке преобладают операции записи. В противном случае, наоборот, устройства Seagate обладают более высокой производительностью.

Многопоточное чтение/запись

• Этот тест оценивает в первую очередь логику контроллера HDD, и его результаты невозможно предсказать по паспортным данным устройства. При одновременном чтении из четырех непересекающихся адресных пространств диск либо равномерно распределяет операции актуатора между несколькими потоками команд (что дает наименьшее совокупное быстродействие), либо выбирает один-два приоритетных потока и жертвует тремя остальными (максимальный совокупный результат). Лишь редкие модели при многопоточной записи задействуют NCQ и в результате достигают высокой скорости во всех потоках одновременно.
• Среди всех участников тестирования только HGST Ultrastar He10 обеспечил высокую производительность всех четырех потоков. У остальных HDD суммарная пропускная способность в несколько раз ниже, чем при однопоточном чтении, но по отдельным потокам она распределена в равных пропорциях.

• При многопоточной записи ведущую роль играет объем и эффективность буфера DRAM. Здесь диски Seagate имеют выраженное преимущество, в особенности выделяются IronWolf Pro и Enterprise Capacity 3.5 HDD.

Постоянство времени отклика

• В этом тесте длинная очередь запросов позволяет максимизировать пропускную способность диска по операциям в секунду, но одновременно создает ситуацию, когда время отклика между отправкой запроса с хост-контроллера (а следовательно, постановкой в предельно длинную очередь) и получением результата велико настолько, чтобы разница между его средним значением и пиковым была наиболее выраженной, как и разброс времени отклика.
• При сопоставимых значениях среднего времени отклика среди участников теста наименьшие «выбросы» демонстрируют устройства Seagate, причем лучше всех выступили самые простые модели — BarraCuda Pro и IronWolf. В стане HGST/WD также сложилась парадоксальная конфигурация: WD Red по максимальному времени отклика оказался лучше, чем WD Gold и HGST Ultrastar He10.
• Наименьший разброс времени отклика при чтении имеют диски Seagate, причем лучше всех (и с большим отрывом) оказался IronWolf Pro. Устройства HGST, которые заняли нижние срочки графика, примерно одинаковы по этому параметру.

• При записи диски ранжируются в одинаковой последовательности по трем признакам — среднему и максимальному времени отклика, а также о разбросу времени отклика. Здесь все продукты HGST/WD превосходят конкурентов, а лидерство принадлежит WD Gold и HGST Ultrastar He10. Диски Seagate слабо различаются между собой по среднему и максимальному времени отклика, зато есть большая разница по разбросу, которая играет в пользу двух серверных HDD (IronWolf Pro и Enterprise Capacity 3.5 HDD) и против двух домашних (BarraCuda Pro и IronWolf).

⇡#Эмулированная нагрузка

• В тестах «База даных» и «Файловый сервер» лучше всего себя проявил WD Gold, а вот результат почти идентичного победителю диска HGST Ultrastar He10 существенно хуже.
• Следующие по производительности модели — Seagate IronWolf Pro и Enterprise Capacity 3.5 HDD.
• WD Red также занял крепкую позицию, опередив Seagate IronWolf и BarraCuda.

• В тесте «Рабочая станция», где большую роль играет последовательный доступ к данным, различия между соперниками сглаживаются. Из общей массы выделились только WD Gold и HGST Ultrastar He10.

• «Веб-сервер» не отдает предпочтения какому-либо из производителей в целом. Так, лучшие результаты принадлежат Seagate IronWolf Pro и Enterprise Capacity 3.5 HDD, однако BarraCuda и IronWolf от них ощутимо отстают, пропуская на третью строчку диски других производителей.
• Группу с более низким быстродействием образовали HGST Ultrastar He10, Seagate BarraCuda Pro и WD Gold.
• Хуже всех для данного сценария использования подходят WD Red и Seagate IronWolf.

⇡#PCMark 7

• Результаты теста, эмулирующего десктопную среду, в значительной степени определила скорость произвольного чтения, которая выше всего у дисков Seagate, однако соотношение в группе чемпионов PCMark 7 иное, нежели в изолированном тесте произвольного чтения: лидируют IronWolf и BarraCuda Pro.
• Среди накопителей HGST/WD WD Red выступил лучше, нежели серверные модели.

⇡#Выводы

10-терабайтные жесткие диски находятся на переднем крае борьбы за объем магнитного хранилища, поэтому большинство участников теста похожи по своим техническими характеристиками (исключение составляет WD Red со скоростью вращения шпинделя 5400 об/мин). А коль скоро все они не предназначены для использования в составе высоконагруженных сервисов (эта функция уже давно отошла к SSD), разница в быстродействии между отдельными моделями не имеет большого практического значения. Тем не менее покупателям, которые хотят выбрать диск, наиболее подходящий для той или иной задачи, стоит обратить внимание на особенности протестированных устройств.

В целом среди рассмотренных моделей диски Seagate имеют выраженное преимущество в скорости произвольного чтения данных, а HGST/WD, наоборот, в скорости записи. Но вне зависимости от того, какой из двух параметров считать приоритетным, чемпионом быстродействия по совокупности изолированных тестов и эмуляции распространенных приложений мы признаем серверный накопитель WD Gold, который одновременно является и самым дорогим из участников теста в российской рознице. Неудивительно, что и другие корпоративные модели (HGST Ultrastar He10, Enterprise Capacity 3.5 HDD и примкнувший к ним Seagate IronWolf Pro) заметно отличаются от своих потребительских аналогов (Seagate IronWolf, BarraCuda Pro и WD Red).

Для применения в серверах и стоечных NAS выбор в пользу HGST Ultrastar He10 или Enterprise Capacity 3.5 HDD неоспорим благодаря поддержке интерфейса SAS (которой лишен WD Gold) и ряда специфических функций. Здесь диск HGST предлагает наиболее гибкий набор возможностей, включая полнодисковое шифрование и настраиваемый размер сектора. Seagate IronWolf Pro, доступный только в варианте SATA, представляет полноценную альтернативу по быстродействию и возможности работы в стойке, но не гарантирует сопоставимой с серверными HDD отказоустойчивости.

Что касается домашних NAS и DAS, то, по задумке производителей, покупателям нужно сделать выбор между WD Red и Seagate IronWolf. В этой паре, несмотря на сниженную скорость вращения шпинделя, WD Red по совокупности тестов не так уж отличается от соперника. Однако если IronWolf по текущим ценам является одним из самых доступных дисков данного объема, то цены WD Red достигают уровня серверных моделей. BarraCuda Pro, с другой стороны, тоже относительно дешев, но не предназначен для непрерывной эксплуатации и установки в RAID. Однако самое интересное, что цены на базовую версию HGST Ultrastar He10 сегодня опустились до уровня BarraCuda Pro и IronWolf, но, в отличие от последних, He10 — диск с пятилетней гарантией, совершенно иными возможностями и уровнем отказоустойчивости.

В любом случае современные HDD достигли такой скорости линейного доступа к данным, что при покупке домашнего NAS стоит принять в расчет пропускную способность сети и LAN-интерфейса хранилища. Ни гигабитный Ethernet, ни гигабитный Wi-Fi (1300 Мбит/с в адаптерах MIMO 3 × 3) не раскроют возможностей диска и тем более дискового массива. Проблема решается агрегацией двух линий GigE, 10-гигабитным каналом или подключением к ПК напрямую по высокоскоростному интерфейсу — USB 3.1 Gen 1/2 или Thunderbolt.