БРАТ-2 или вторая ипостась IBM Vancouver

Введение

Этими знакомыми нам с детства строчками я начал статью не случайно. Благодаря усилиям упомянутых в эпиграфе сиамских близнецов, в течении долгого промежутка времени страждущий люд мог наблюдать на прилавках магазинов товар в двух инфернальных состояниях: товар есть/товара нет. Тем самым, правда, покупатель был избавлен от умственных усилий по выбору среди продуктов - съедобных и, среди товаров, - подходящего по цвету...

Но, хвала всевышнему, времена те канули в лету, и теперь во всех магазинах прилавки ломятся от широкого ассортимента товаров, причём ассортимент этот меняется так скоро, что зачастую продавцы не успевают менять ценники... Однако, во всём хорошем есть и своя оборотная сторона. Избалованные изобилием покупатели вместо того, чтобы с прежним энтузиазмом опустошать "Закрома Родины" теперь предпочитают медленно и со значением прогуливаться вдоль витрин и, тыча холёным пальчиком в образец, вопрошать: "А это у Вас что? А чем оно отличается от того, с зелёной подкладкой?"...

Продавцы при этом старательно морщат лоб, ежеминутно вытирая с него пот, и, лихорадочно вспоминая указанные в приходной накладной буковки, сочиняют на ходу легенду, что товар с большей ценой однозначно лучше и если уж что-нибудь покупать, то непременно именно его. Ну а теперь, представьте себе интеллектуальные усилия продавца, которому нужно объяснить покупателю, чем отличаются товары, вся разница в названии которых состоит в одной единственной букве...

Двуликий Янус

Жёсткие диски IBM линейки 120GXP наверняка Вам уже знакомы по многочисленным обзорам как на нашем сайте, так и на сайтах наших уважаемых конкурентов, и необходимость ЕЩЁ раз уделять им внимание была вызвана экстраординарными событиями...
Ни с того, ни с сего на фамильном древе жёстких дисков IBM 120GXP вдруг появилось ответвленьице, получившее свежее и оригинальное название - "Vancouver2".

Видимо, лавры Intel не дают покоя маркетологам IBM

Судя по характеристикам, диски эти мало чем отличались от "старых" IBM IC35LxxxAVVA-07, но тогда зачем они нужны? Самым главным отличием IC35LxxxAVVN-07 от ....AVVA, является то что диски AVVN (здесь и далее я буду употреблять сокращённые названия моделей вместо полных: AVVA=IC35LxxxAVVA-07 и AVVN=IC35LxxxAVVN-07) содержат только одну пластину и бывают двух объёмов - 20 и 40ГБ, тогда как линейка AVVA состоит из шести винчестеров с ёмкостями от 20 до 120ГБ.

Так для чего же IBM понадобилось выпускать специальную однопластинную модель? Диски с маленьким объёмом (по сегодняшним меркам 40ГБ - небольшой объём :) ), по моему разумению, выпускают в двух случаях:

1. когда этого требуют OEM-партнёры (например классический пример WD&Seagate и Microsoft)

2. Когда требуется диск со специфическими характеристиками (например, специальный диск для применения в RAID-системах, где объём приносится в жертву быстродействию блока головок.).

Что касается первого случая, то никакой информацией по нему мы не располагаем и можем лишь делать предположения, основанные на внешнем виде винчестера и его цене. А вот второй случай мы вполне можем проработать! :)
Если тестирование выявит явные выдающиеся способности Vancouver2 в каком-либо приложении, мы сможем понять его предназначение...
Да, кстати, о внешнем виде:

Как видим, внешне винчестеры очень даже отличаются. Если AVVA представляет собой кирпичик с чуть обозначенной выпуклостью над гермозоной, то AVVN очень похож на старые модели Quantum или Fujitsu.
Не меньше отличий мы найдём и на обратных сторонах винчестеров:

У AVVN нет термопластины, совершенно по другому выглядит станина, да и двигатель явно другой. Единственное, что выдаёт в них родственников, так это плата электроники.
Если же мы взглянем на винчестеры с торца:

то увидим, что станина AVVN значительно тоньше, чем у AVVA, но по общей высоте оба винчестера равны.
Из обновлённого PDF-а с сайта IBM я почерпнул следующую информацию:


Кстати, так как у меня есть вредная привычка сохранять PDF-ы на винчестеры, которые я когда-либо тестировал, должен отметить, что время перехода головок с трека на трек (Track to track) у диска IBM AVVA таинственным образом уменьшилось на 0,1мс... Наверное, техпроцесс отладили... :o)
Судя по данным из представленной таблицы, винчестер AVVN чуть медленнее шевелит головками, чем AVVA и супер-быстродействующий винчестер для IDE-RAID из него вряд ли выйдет. Хотя, кто знает...

Тестовая система

материнская плата - ASUSTeK CUBX-E биос 1007A;
процессор - Intel Coppermine 600MHz;
память - 2*128Mb SDRAM Hyundai PC-133;
видеокарта - Matrox Millennium 4Mb;
Promise Ultra 100 TX2;
Promise FastTRAK100 TX2;
операционная система - Windows 2000 Pro / SP2.

Методика тестирования

На этот раз тестированию подверглись как одиночные винчестеры на контроллере Promise Ultra100 TX2 (драйвер 2.00.029), так и по два одинаковых винчестера в RAID0 на контроллере Promise FastTRAK100 TX2 (драйвер 2.00.018, размер страйп-блока=64KB)
Использовались следующие тесты:

WinBench 99 1.2;
HDTach 2.61;
IOMeter 1999.10.20.

Тестирование в IOMeter и HDTach проводилось на не отформатированном диске. Для тестирования в Winbench диски размечались в FAT32 и NTFS на один раздел максимального объёма c размером кластера по умолчанию. Тесты проводились по четыре раза, результаты усреднялись. Винчестеры между тестами не охлаждались.
Тестирование в IOMeter проводилось не только на привычных паттернах Fileserver, Workstation и Database, но и на нескольких новых паттернах. Во-первых, были использованы новые паттерны StorageReview, анонсированные в третьей редакции их методики тестирования жёстких дисков (читать всем, как Библию!).


Эти паттерны призваны измерить производительность дисковой подсистемы при нагрузке, типичной для file&web-серверов.
Во-вторых, было проведено исследование способности firmware (firmware - встроенное программное обеспечение) винчестеров работать при переменном соотношении запросов на чтение/запись в однодисковом и RAID0-режиме.
В-третьих, была проверена способность винчестеров работать с Sequential-запросами разного размера на чтение и запись в однодисковом и RAID0-режиме.
Итак, приступим!

Среднее время доступа

Выяснение среднего времени доступа к данным, как всегда, было поручено двум тестам: - тесту HDTach 2.61 и тесту Winbench99:


Надо сказать, что результаты меня несколько удивили. Согласно спецификациям, время поиска произвольной дорожки (seek time) у винчестера AVVN было всего лишь на 0,3мс больше, чем у AVVA, а по результатам тестирования, винчестер AVVN отстал от AVVA примерно на 1мс!

Устоявшаяся скорость линейного чтения

График линейного чтения и численные значения скорости чтения в начале и конце диска мы получаем при помощи теста Winbench99. Обратите внимание, что в диаграмме приведены значения линейной скорости не только для дисков, но и для RAID-массивов, построенных на этих дисках.


Хм... Вроде и здесь AVVN медленнее AVVA и в состязании "один на один", и в составе RAID0-массива. Однако, если посмотреть графики линейного чтения AVVN, то станет ясно, что они получились "не очень хорошего качества". Что тому виной: излишне ретивые драйвера контроллера Promise, которые стремятся "оптимизировать" и линейные запросы или firmware самого винчестера - сложный вопрос...
Как мне кажется, винчестеры AVVN и AVVA используют одинаковые в плане плотности и геометрии пластины, а отличия в графиках линейного чтения можно списать на разную степень "совместимости" firmware винчестеров и драйверов UDMA-контроллера.

HDTach 2.61

Тест HDTach применялся только к одиночным винчестерам и только для UDMA100-режима:


И, судя по результатам этого тестирования, больших различий между винчестерами не наблюдается ни по плотности записи на пластине, ни по скорости работы их электроники. Единственное существенное отличие - access time мы уже отметили чуть выше.


Как видим, разница между результатами винчестеров невелика.

WinBench 99 1.2 FAT32

По результатам этого теста мы судим о производительности винчестеров при работе с Windows-приложениями.
В таблицу сведены результаты работы одиночных винчестеров и построенных на них RAID0-массивов:


Что любопытно, и в этом тесте кардинальной разницы между винчестерами не наблюдается:


Скорости винчестеров практически идентичны!

WinBench 99 1.2 NTFS

"Молитвами" компании Microsoft файловая система NTFS получает всё большее распространение, поэтому на результаты тестирования винчестеров в NTFS стоит обратить особое внимание:



А вот здесь новый винчестер IBM (AVVN) проиграл старому (AVVA) и в одиночном режиме и в составе RAID-контроллера. Как говаривал один наш знакомый медвежонок: "Это ж-ж-ж-ж неспроста!".

Intel IOMeter

Прежде всего, посмотрим на результаты винчестеров в хорошо знакомых нам паттернах:


Очевидно, что IBM AVVA быстрее, чем AVVN при малых нагрузках (небольшая глубина очереди команд), но при увеличении нагрузки результаты винчестеров сравниваются. То же самое относится и к результатам RAID0-массивов, построенных на винчестерах AVVA и AVVN.

Обратите внимание на столбец "КПД RAID0" - значение в каждой ячейке говорит от "пользе" от объединения двух винчестеров в RAID0 при текущем значении глубины очереди команд (результат RAID0-массива делим на результат одиночного винчестера). Конечно, эта цифра сильно зависит от RAID-контроллера и его драйверов, и, если мы тестируем винчестеры на одном и том же контроллере, то по этому параметру мы имеем полное моральное право судить о "рейдопригодности" винчестеров только на этом контроллере! Для того, чтобы эти исследования имели практический смысл, я использовал довольно широко распространённые контроллер Promise - FastTRAK100 TX2.

Как видим, при линейном характере нагрузки (один исходящий запрос) "польза" от RAID-контроллера измеряется единицами процентов (5-6%). Всё верно, ведь размер запроса с большой долей вероятности меньше, чем размер страйп-блока, и винчестеры практически никогда не работают одновременно! Так как RAID-контроллер не имеет кэш-буфера, то он не может откладывать до лучших времён запросы на запись, как это делает, например контроллер Adaptec 2400A.
Но при увеличении глубины очереди команд драйвер контроллера может обработать очередь запросов и выстроить их в таком порядке, чтобы оба винчестер в массиве были чем-нибудь заняты. При глубине очереди команд в 256 запросов "коэффициент использования" второго винчестера достигает 60-65 процентов.
Попутно, заметим, что массив из двух IBM AVVA при любом характере нагрузки более эффективен, чем массив из двух IBM AVVN.

Посмотрим, подтвердится ли найденная закономерность в новых паттернах StorageReview:


Что же, закономерность подтвердилась... И, опять, AVVA быстрее AVVN при малой нагрузке, а большая нагрузка "мирит" винчестеры.

Перейдём к исследованию отложенной записи. Для этого был сделан паттерн, в котором работа ведётся с 8КБ-блоками данных, соотношение доли запросов чтения/записи меняется от 100/0 (RandomRead) до 0/100 (RandomWrite) с шагом -10/+10:


А вот так выглядят графики зависимости скорости обработки запросов винчестером от соотношения запросов на чтение/запись (Каждая кривая соответствует определённой глубине очереди команд - 1,4,16,64 и 256 исходящих запроса. Чем больше глубина очереди команд, тем выше находится график.).









Графики, надо сказать, получились красивые, век бы глядел. :)
Но наша задача, если кто помнит, сравнить винчестеры! Для этого возьмём результаты винчестеров и RAID-массивов на их основе при определённых значениях глубины очереди команд.

Как видим, IBM AVVA во всех режимах быстрее, чем IBM AVVN, и это же относится к массивам, построенным на этих винчестерах.

Увеличение глубины очереди команд до 16-ти сильно "сближает" скорости одиночных винчестеров, но RAID-массивы еще отличаются по скорости (RAID0 на AVVA по-прежнему впереди!).

При увеличении глубины очереди команд графики одиночных винчестеров окончательно "слипаются", да и графики RAID0-массивов так же близки. Правда, при приближении к точке 0/100 (т.е. к режиму RandomWrite) графики массивов неожиданно резко расходятся в стороны. Массив на AVVA показывает резкий рост быстродействия, по всей видимости, обусловленный лучшей оптимизацией винчестеров AVVA под подобного рода нагрузку.

После испытаний винчестеров с Random-нагрузками настала пора проверить способности винчестеров (и массивов) управляться с Sequential-нагрузками! Для этого был сделан паттерн, в котором при фиксированной глубине очереди команд в четыре запроса винчестер бомбардировался запросами на чтение и запись последовательно расположенных блоков данных. Размер запроса изменялся от 512байт (1 сектор) до 1МБ, и замерялась скорость обработки винчестером этих запросов. Также фиксировался объём трафика, протекающего через винчестер и текущая загрузка процессора.
Полученные данные сведены в таблицы:


Как видите, в таблице есть ещё один столбец, цифры в котором отражают затраты времени центрального процессора на прокачку трафика при текущем размере запроса.


Винчестеры показали немного отличающиеся результаты, и мы чуть позже увидим это на диаграмме, а пока я хочу обратить ваше внимание на загрузке процессора на подобного рода нагрузке. Не правда ли, она немного высоковата? :)
Но, тут ничего не поделаешь, при работе с ATA-винчестерами через контроллер Promise Ultra 100TX2 вся работа по отправке запросов и контролю за их выполнением ложится на центральный процессор. Также следует отметить, что если мы хотим добиться максимальной скорости передачи данных с винчестера в память, не стоит мельчить с размером запроса (кластера).
Если мы попробуем сравнить винчестеры по скорости чтения, то получим следующую картинку:


Винчестер AVVA несколько быстрее справляется с обработкой запросов небольшого размера (512b-4КB), а при размере запроса, превышающем 4KB, винчестеры демонстрируют одинаковую скорость.




При сравнении массивов RAID0, созданных на винчестерах AVVA и AVVN обнаруживается, что скорости их близки во всех режимах, но массив на AVVA немного быстрее при работе с 4KB-блоками и блоками с размером >32KB.
Ну а теперь посмотрим, как винчестеры ведут себя при работе с потоковыми запросами на запись:




Интересно, что при работе с запросами на запись винчестер AVVA значительно быстрее работает с маленькими блоками (максимальный отрыв мы можем наблюдать при работе с 2KB блоками), а после того, как размер пакета данных превышает 32KB, скорости винчестеров становятся примерно равными.




Массивы RAID0, построенные на винчестерах AVVA и AVVN наследуют, в общих чертах, поведение одиночных винчестеров. То есть массив на AVVA быстрее массива на AVVN, особенно при работе с блоками маленького размера.
Напоследок, хотелось бы показать Вам вот такую табличку:


В ней показано отношение результатов массивов RAID0, построенных на винчестерах AVVA и AVVN к результатам самих винчестеров AVVA и AVVN в новых паттернах SequentialRead и SequentialWrite.
Весьма любопытно было узнать, что RAID0-массив из двух AVVA при чтении блоков малого размера уступает в скорости одиночному винчестеру AVVA! :)

Но при увеличении размера запрашиваемого блока "польза" от второго винчестера в массиве растёт и почти достигает "идеального" значения=2 (в идеальном случае скорость RAID0-массива равна сумме скоростей винчестеров в него объединённых, но так как контроллеру нужно некоторое время на обработку запросов, то скорость массива из X-винчестеров всегда будет меньше, чем X*скорость одиночного винчестера.)

Отметим, что при работе с запросами на запись польза от объединения винчестеров в RAID0 значительно скромнее! Максимальный коэффициент, который удалось получить и на винчестерах AVVA и на винчестерах AVVN, составил 1,31, то есть массив из двух винчестеров справлялся с запросами на запись всего на 31 процент быстрее, чем одиночный винчестер. В чём причина такой плохой масштабируемости - в firmware винчестеров или в драйверах контроллера, сказать пока невозможно. Могу только пообещать, что продолжу эксперименты... :)

Температура

Измерение температуры винчестеров при их интенсивной работе производилось при помощи программы DTemp после окончания работы одного из тестов в IOMeter. Общая продолжительность работы винчестеров составляла более 2,5 часов, и можно считать, что за это время температурный режим в корпусе стабилизировался.
Винчестеры устанавливались во внутреннюю корзину корпуса SuperMicro SC-701D (Chieftec Dragon DX-01WD), никакие дополнительные системы охлаждения не использовались.
Измеренные таким образом значения температур составили:


Как видим, несмотря на новую конструкцию корпуса (а может и благодаря этому...) , винчестер AVVN оказался на два градуса "горячее", чем AVVA. Собственно, этого можно было ожидать. Корпус AVVA расcчитывался на тепловыделение трёхпластинного винчестера, и у него бОльшая площадь соприкосновения станины, которая и используется в виде теплоотводящего элемента, с воздухом и, следовательно, жёсткий диск AVVA лучше отдаёт выделяемое тепло окружающему воздуху.

Выводы

После всех проведённых экспериментов можно с полной уверенностью сказать, что диск IBM IC35L0x0AVVN-07 aka Vancouver2 по всем статьям уступает винчестеру IC35L0x0AVVA-07 aka Vancouver.

Обнаруженная "нелюбовь" firmware винчестера AVVN к запросам маленького объёма (<8KB) нашла своё отражение в невысоких результатах этого винчестера в WinBench99 на NTFS, где размер кластера составляет 4KB. Так что если Вы хотите использовать файловую систему NTFS, то Вам придётся либо увеличить размер кластера, либо предпочесть диску AVVN какой-нибудь другой винчестер.

При поиске винчестеров для создания RAID-массивов, по моему мнению, дискам AVVN так же следует предпочесть винчестеры AVVA (при условиях равных цен, естественно).

Что же касается причины, побудившей IBM выпустить эту модель, то, скорее всего, это было стремление снизить себестоимость дисков небольшого объёма для того, чтобы иметь возможность конкурировать на OEM-рынке.