Сравнение 15K SCSI-дисков последнего поколения.

Введение

Год от года потребность в высокоскоростных дисковых накопителях растёт, и рынок дисков с частотой вращения шпинделя 15K, который совсем недавно в одиночку контролировала компания Seagate, стал ареной ожесточённой борьбы четырёх производителей. Первыми свои претензии на кусок пирога решили оформить компании Fujitsu и IBM. Как мы помним, диски Fujitsu MAM и IBM 36Z15 получились вполне конкурентоспособными, так что монополии Seagate на рынке 15K-дисков пришёл конец. Однако позиции Seagate всё равно еще очень крепки, тем более, что в начале 2003-го года на смену заслуженному ветерану Cheetah X15 36LP пришёл диск Cheetah 15K.3. Но и конкуренты Seagate не сидели, сложа руки, - весной 2003-го года появились 15K-диски второго поколения от Fujitsu MAS, и компания Maxtor дебютировала с диском Atlas 15K. Компания IBM же "вышла из гонки", выделив подразделение, занимавшееся производством и продажей жёстких дисков в отдельную компанию, которая была затем "слита" с дисковым подразделением компании Hitachi. Образовавшаяся в результате этих действий компания Hitachi Global Storage Technology продолжила продавать под своей торговой маркой старые модели дисков, производившиеся компаниями IBM и Hitachi, и объявила несколько новых моделей, в том числе новый 15K-диск - Ultrastar 15K73. Однако диск Ultrastar 15K73, объявленный 6 января 2003-го года, до сих пор в России не замечен... А жаль, ведь нам очень хотелось бы познакомиться с производительностью дисков Hitachi (ведь, судя по пятипластинному дизайну, диск Ultrastar 15K73 спроектирован инженерами Hitachi, а не IBM).
Но, трое одного не ждут... :)

Итак, по следующим трём ссылкам все желающие могут ознакомиться с отдельными обзорами дисков-участников нашего сегодняшнего сравнения:

Seagate Cheetah 15K.3
Fujitsu MAS
Maxtor Atlas 15K

Ну а мы пока сравним диски по заявленным техническим характеристикам:

Технические характеристики

Как видите, большинство параметров у дисков идентично - объём буфера, максимальное количество пластин и головок. Отличия между дисками можно найти только в значениях среднего времени поиска трека (average seek time) и времени перемещения головок на соседний трек (track to track).
Любопытно, что диск Seagate среди всех рассматриваемых дисков имеет наибольшее заявленное average access time (3.6ms) и, при этом, имеет наименьшую задержку при переходе головок с на соседний трек. Наименьшее время поиска дорожки заявлено у диска Maxtor, но, обратите внимание, время поиска в 3.2ms заявлено только для моделей ёмкостью 18 и 36ГБ. Для старшей 73ГБ-модели заявлено уже 3.4ms! Почему я так подробно на этом останавливаюсь?
Да просто одним из принципов, который я всегда старался соблюдать при сравнении производительности винчестеров, был принцип "сравниваем только диски равного объёма". Ибо, чтобы нам не говорили разные "источники", размер имеет значение. К сожалению, диск Maxtor Atlas 15K объёмом 73ГБ, а именно такой объём имеют принимающие участие в тестах диски Seagate и Fujitsu, мне пока заполучить не удалось. И, судя по всему, его не удастся добыть в ближайшие разумные сроки. :(
Посему я вынужден сравнивать большие диски Seagate и Fujitsu с маленьким, но быстрым диском Maxtor. И это, конечно, будет не совсем справедливо...

"...Все говорят: нет правды на земле.
Но правды нет – и выше. Для меня
Так это ясно, как простая гамма..."

Методика тестирования

Тестовая система

материнская плата - SuperMicro 370DLE;
процессор - Intel P3 600E;
память - 2*128Mb SDRAM Micron PC133 ECC Registered;
винчестер - IBM DTLA 307015;
видеокарта - Matrox Millennium;
операционная система - Windows 2000 Pro SP2.

Для подключения винчестеров использовались контроллер Adaptec 29160N с BIOS: 3.10.0 и драйверами v. 4.10.4002 и контроллер Adaptec 39320D с BIOS: 4.10.1 (HOST RAID выключен) и драйверами v. 1.0. Контроллеры устанавливались в слот PCI64/66МГц.

Исследуемые диски имели следующие версии firmware:

Seagate Cheetah 15K.3 - FW: 0002
Fujitsu MAS3735NP - FW: 0102
Maxtor Atlas 15K 18GB - FW: DT60

Использовались тесты:

WinBench 99 2.0
IOMeter 1999.10.20

Для тестов в WinBench диск размечался в FAT32 и NTFS одним разделом с размером кластера по умолчанию. Тесты Winbench проводились по пять раз, результаты усреднялись. Винчестер между тестами не охлаждался.

Для сравнения скорости работы винчестеров при помощи теста IOMeter использовались паттерны Fileserver & Webserver.


Эти паттерны призваны измерить производительность дисковой подсистемы при нагрузке, типичной для file- и web-серверов.

Паттерн Workstation, используемый нами, создан нашим автором Романовым Сергеем aka GReY на основании статистики обращений к диску при работе различных приложений, приведённой в описании SR Testbed3. Статистические данные собраны на файловой системе NTFS5 в режимах работы Office, Hi-End и Boot-up.


Этим паттерном мы будем руководствоваться для оценки привлекательности винчестеров для обычного Windows-пользователя.

Ну и, наконец, была проверена способность винчестеров работать с Sequential-запросами переменного размера на чтение/запись и скорость дисков в паттерне Database, имитирующем работу дисковой подсистемы с SQL-подобными запросами.

Результаты тестов

Как обычно, начинаем обсуждения результатов тестов с паттерна Database. Любителям точных цифр предлагаю ознакомиться с таблицей, в которую сведены результаты Total I/O, показанные винчестерами при пяти типах нагрузок (изменяли глубину очереди запросов на дисковую систему) в 11-ти режимах с различной долей запросов на запись (от 0 до 100% с шагом 10%).

IOMeter: Database


Рассмотрим последовательно поведение винчестеров на контроллерах U160 (Adaptec 29160N) и U320 (Adaptec 39320D) при различной глубине очереди запросов.
Начнём с линейной нагрузки (один исходящий запрос):


Как видим, поведение винчестеров одинаково на обоих контроллерах. Диск Maxtor лидирует в режиме RandomRead, т.е. в режиме, где отсутствуют запросы на запись. И в этом нет ничего удивительного, ведь, как мы помним, диск Maxtor имел наименьшее время average seek time. Но, по мере увеличения доли операций записи диск Fujitsu догоняет диск Maxtor и обходит его в режимах, где доля запросов на запись составляет >= 80 процентов. Как раз в этих режимах диск Maxtor выглядит слабее конкурентов.
Диск Seagate показал ту же скорость в режиме RandomRead, что и диск Fujitsu, но уступил ему во всех режимах, где присутствуют запросы на запись.




При увеличении нагрузки до 16-ти запросов винчестеры проявили "индивидуальность". Диск Maxtor Atlas 15K лидирует в режимах с малой долей запросов на запись, а диск Fujitsu MAS - в режимах с большой долей запросов на запись (>=40%). Диск Seagate обгоняет Fujitsu MAS в режиме RandomRead и диск Maxtor при большой доле запросов на запись.
Отметим несколько разную скорость Fujitsu MAS в режиме RandomRead на контроллерах U160 и U320. На U160-контроллере диск был явно быстрее.



При увеличении глубины очереди запросов диск Seagate выходит вперёд. Скорее всего, это связано с тем, что диск Cheetah 15K.3 имеет большую глубину буфера для TCQ (Tagged Command Queuing)-команд, чем диски Fujitsu и Maxtor.
Однако глубина очереди команд на диски в 64 и больше запросов весьма маловероятны при реальной работе сервера, так что впечатляющее преимущество диска Seagate интересует нас только с академической точки зрения.

IOMeter: Sequential Read & Write

На массив при помощи программы IOMeter подаётся поток запросов на чтение/запись с глубиной очереди команд, равной четырём. Раз в минуту в тесте меняется размер блока данных, так что после окончания теста мы получаем зависимость скорости линейного чтения или записи от размера блока данных.


Для большей наглядности я подкрасил синим и красным цветом лучшие/худшие результаты, показанные винчестерами при каждом размере блока.
Очевидно, что при работе с блоками данных малого размера лидирует диск Maxtor. Его феноменальная скорость обсуждалась в соответствующем обзоре. Ну а на блоках большого размера лидирует диск Fujitsu, как имеющий максимальную из представленных дисков плотность записи на треке. Про уникальный график линейного чтения с Fujitsu MAS Вы также можете прочесть в соответствующей статье.
Представим данные из таблицы в виде графиков:


Если на контроллере U160 диск Maxtor лишь немного быстрее на мелких блоках, чем диски Fujitsu и Seagate,


то на контроллере U320 диск Atlas 15K существенно опережает конкурентов при чтении блоков малого размера.
Посмотрим, что будет при записи:



А вот при записи ситуация зеркальная - на контроллере U160 диск Maxtor медленнее конкурентов при работе с блоками малого размера!


В то время как на контроллере U320 он показал очень неплохие результаты.
Как мы неоднократно убеждались - "Если в одном месте что-нибудь прибавится, то в другом обязательно убавится...". В этом прелесть и беда любой оптимизации...

IOMeter: Fileserver & Webserver

Итак, настала пора проверить скорость дисков в паттернах, имитирующих нагрузку на дисковую подсистему File- и Web-серверов.


Уже по раскраске таблицы отлично видно, что в лидерах у нас - диск Maxtor Atlas 15K, причём на контроллере U320 он показал немного лучшие результаты, чем на контроллере U160. Только диск Seagate сумел заполучить по одной синенькой цифре, но сделал он это при нагрузке в 256 запросов, а, как мы уже неоднократно говорили, такая нагрузка маловероятна для дисковой подсистемы.



Диаграммы очень наглядно демонстрируют преимущество Maxtor Atlas 15K перед остальными дисками - он явно быстрее и Fujitsu MAS, и Seagate Cheetah 15K.3 во всех режимах, исключая нагрузку в 256 исходящих запросов, где Atlas 15K уступает диску Seagate.
Отметим ухудшение скорости диска Fujitsu MAS на контроллере Adaptec 39320D - у диска явно какие-то проблемы с протоколом U320.

Усреднив значения Total IO, полученные при всех вариантах нагрузки, получим некую "среднюю производительность дисков":


Как видите, диски Seagate и Fujitsu оказались "достойны друг друга" на контроллере U160, но на U320 диск Fujitsu был явно медленнее. Ну а в лидерах у нас - диск Maxtor Atlas 15K.

Посмотрим, что будет в паттерне Webserver.


А здесь разрыв между результатами дисков Maxtor и Fujitsu сократился!


Впрочем, на U320 диск Fujitsu опять сильно отстал...


И в диаграмме с рейтингами, естественно, нашло отражение и лидерство диска Maxtor, и явные проблемы диска Fujitsu на контроллере U320. Диск же Seagate Cheetah 15K.3 получил высокий балл во многом за счёт высокой скорости при нагрузке в 256 исходящих запросов.

IOMeter: Workstation

Ну а теперь сравним скорость винчестеров в совершенно другом режиме работы. Паттерн Workstation характерен, во-первых, высокой долей запросов на запись и, во-вторых, малым диапазоном нагрузок - до 32-х исходящих запросов.
В связи с этим совершенно по другому "заиграли" наши диски:


Очевидно, что лучшие результаты показывает диск Fujitsu. На малых нагрузках он показал просто блестящие результаты. Если мы вспомним поведение дисков в паттерне Database, то диск Fujitsu там лучше всех работал в режимах с большой долей запросов на запись, и именно это помогло ему добиться впечатляющих результатов в паттерне Workstation.



При малых нагрузках лидирует диск Fujitsu, а при больших (для этого паттерна) - Seagate Cheetah 15K.3. Диск Maxtor тоже выглядит неплохо, но при больших нагрузках отстаёт от конкурентов.
Однако, так как в формуле рейтинга для паттерна Workstation скорость диска при малых нагрузках имеет больший весовой коэффициент, то по суммарному значению рейтинга диску Maxtor удалось обойти Cheetah 15K.3!
Сама формула рейтинга выглядит следующим образом:

Производительность = Total I/O (queue=1)/1 + Total I/O (queue=2)/2 + Total I/O (queue=4)/4 + Total I/O (queue=8)/8 + Total I/O (queue=16)/16 + Total I/O (queue=32)/32

Обратите внимание, что в рейтинг вес результата, показанного на некоем значении нагрузки, входит с понижающим коэффициентом, обратно пропорциональным значению этой нагрузки. То есть итоговые результаты дисков определяются в основном их скоростью при малых нагрузках.


Вот и получается, что лидирует диск Fujitsu. На втором месте оказался диск Maxtor, а диск Seagate, который "раскочегарился" только при высоких нагрузках, занял только третье место.

Winbench99

Завершает программу наших тестов старый добрый Winbench99. Начнём, пожалуй, с результатов дисков под FAT32:


Для упрощения анализа результатов я опять применил метод раскраски лучших и худших результатов в синий и красный цвет соответственно.
Потому нам не сложно определить, что в обоих интегральных тестах - Business Disk Winmark и High-End Disk Winmark победил диск Maxtor.

Отдельные диаграммы по интегральным тестам помогут нам понять "размеры" этой победы:



Ну, что же, следует отметить, что SCSI-диски Maxtor не имеют себе равных в тесте Winbench. Впрочем, как и IDE-диски той же фирмы.
Проформы ради взглянем на результаты дисков под NTFS.


А вот тут нас ждал сюрприз...
В лидерах-то у нас оказался диск Seagate, а диск Maxtor показал худшие результаты! Вот так оптимизация...



Если "соотношение сил" между дисками Fujitsu и Seagate не претерпело изменений, то результаты Maxtor Atlas 15K под NTFS поразительно низки.

Ну и, напоследок, рассмотрим соотношение скорости записи с пластины на начальных и конечных треках.


Как видите, самая "плотная" пластина оказалась у диска Fujitsu - у неё наименьшее соотношение между скоростью в начале и конце диска (1.22), а у диска Seagate это соотношение оказалось самым большим (1.49).

График линейного чтения Seagate Cheetah 15K.3
График линейного чтения Fujitsu MAS
График линейного чтения Maxtor Atlas 15K

Выводы

Итак, проведённый анализ производительности трёх жёстких дисков с частотой вращения шпинделя 15000 об./мин. показал, что несмотря на сходство заявленных параметров дисков в наших тестах диски "вели" себя совершенно по-разному.
Диск Maxtor во всех тестах проявил себя достаточно ярко. За счёт малого access time диск прекрасно отработал в паттернах, имитирующих нагрузку на дисковую подсистему File- и Web-серверов. В то же время синтетические паттерн SequentialWrite выявил низкую скорость диска при обработке запросов на запись. Особенно плохо проявил себя Atlas 15K на контроллере U160 при работе с блоками данных малого размера.
Паттерн Database выявил еще одну слабую сторону firmware диска: малую эффективность алгоритмов отложенной записи.
Результаты диска Maxtor в Winbench99 так и вовсе поставили меня в тупик: под FAT32 скорость диска была ошеломляюще высокой, а вот под NTFS - удручающе низкой.

Диск Fujitsu тоже показал себя вполне неплохо - блестящее поведение в паттерне Database говорит об отличных алгоритмах firmware. Но, в то же время, именно в результатах Database было замечено снижение производительности диска при работе на контроллере U320. Эффект снижения скорости при работе на контроллере U320 проявился и в паттернах Fileserver и Webserver. Будем надеяться, что этот недочёт будет исправлен в firmware серийных дисков.

Диск Seagate Cheetah 15K.3 в большинстве тестов уступил молодым, но дерзким конкурентам от Fujitsu и Maxtor, и основной причиной тому, на мой взгляд, стала "заточенность" диска на высокие нагрузки.

По результатам тестов осталось сказать только одно - конкуренция в секторе высокопроизводительных дисков резко обострилась. И, с точки зрения пользователей, это можно только приветствовать. Пусть победит сильнейший...

Благодарим:

PR-агентство "East-Side Communications" за предоставленный диск Seagate Cheetah 15K.3;
компанию Elko за предоставленный диск Fujitsu MAS3735NP;
Компанию ASBIS за предоставленный диск Maxtor Atlas 15K.