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TCQ, RAID, SCSI et SATA

Utilisateur

Voir aussi Comment nous testons les disques
Voir aussi Test du Western Digital Raptor WD740GD
Voir aussi Test du Seagate Cheetah 10K.6

 

Introduction

Au cours des dernières années, Western Digital a maintenu un étau virtuel sur les marchés des ordinateurs de bureau et des passionnés hautes performances et haute capacité. La vénérable série WD Caviar a combiné une vitesse et une capacité enviables à des prix raisonnables. Cependant, mis à part une ligne SCSI relativement obscure et de courte durée, lorsqu'il s'agissait de l'arène lucrative des entreprises, l'entreprise regardait simplement de loin les titans tels que Seagate, Maxtor et Hitachi se battre pour des parts de marché.

Il y a un peu plus d'un an, WD a testé les eaux de l'entreprise avec l'introduction du premier disque ATA à 10,000 360 tr/min au monde, le Raptor WD360GD. Le Raptor a associé des mécanismes de classe SCSI à la nouvelle interface Serial ATA relativement peu coûteuse dans le but de réduire les primes plutôt lourdes exigées par les sous-systèmes SCSI. Cependant, les résultats de performance de StorageReview ont révélé que si le WD10GD offrait des résultats mono-utilisateur de classe mondiale, ses performances multi-utilisateurs restaient médiocres par rapport aux unités SCSI XNUMX XNUMX tr/min existantes.

Il manquait au WD360GD un élément clé dont le monde SCSI bénéficie depuis des années : la mise en file d'attente de commandes étiquetées (TCQ), une fonctionnalité qui réorganise intelligemment les demandes pour minimiser le mouvement de l'actionneur. En septembre 2003, Western Digital a annoncé la suite Raptor WD740GD, une unité de deuxième génération qui a apporté une foule d'améliorations à la ligne. Si le doublement de la capacité du Raptor à 74 gigaoctets est l'amélioration la plus visible, la plus intrigante est sans aucun doute l'implémentation de TCQ.

 

TCQ en bref

À ne pas confondre avec la réorganisation et l'optimisation du système d'exploitation, la mise en file d'attente de commandes balisées est un processus au niveau matériel conçu pour rationaliser la livraison de données dans des accès hautement aléatoires sous de lourdes charges. Sans TCQ, un variateur ne peut accepter qu'une seule commande à la fois. Il fonctionne donc selon le principe du premier arrivé, premier servi, traitant les demandes dans l'ordre de leur réception. Ce n'est pas toujours le moyen le plus efficace de répondre aux demandes de données, en particulier dans un environnement intensif et non localisé.

Grâce au processus de mise en file d'attente des commandes balisées, un adaptateur hôte ajoute des balises spéciales aux commandes individuelles. Le lecteur lui-même, au courant de sa propre disposition physique des secteurs en trois dimensions, peut prendre en compte la rotation et rechercher des distances et réorganiser les commandes pour les servir plus efficacement. Les données demandées sont ainsi renvoyées au responsable du traitement de manière plus simplifiée ; il peut ensuite utiliser les informations supplémentaires qu'il a ajoutées précédemment pour renvoyer de manière transparente les données au système d'exploitation.

Considérez le schéma à gauche. Dans un paradigme traditionnel, sans mise en file d'attente, le lecteur accepterait la demande de la pièce de données A, déplacerait l'actionneur et la récupérerait, accepterait la demande de B, la récupèrerait, puis passerait à la pièce C. Un lecteur qui peut mettre en mémoire tampon et mettre en file d'attente les demandes , cependant, serait en mesure d'extraire A, puis de choisir d'extraire C en premier, suivi de B, ce qui se traduirait par un gain de temps net dans l'exécution de ces trois requêtes.

TCQ doit être pris en charge à la fois par le contrôleur et par le disque dur lui-même. Il a été introduit dans le monde SCSI dès 1990 et a été officiellement codifié dans la norme SCSI-2 en 1994. La fonctionnalité s'est rapidement révélée inestimable dans le monde des serveurs multi-utilisateurs et est aujourd'hui déployée de manière cohérente sur pratiquement tous les adaptateurs et disques hôtes. . De même, TCQ a été officiellement implémenté dans la norme ATA-1998 de 4. Contrairement aux périphériques SCSI, cependant, les disques ATA n'étaient tout simplement pas utilisés dans les applications d'entreprise où des fonctionnalités telles que l'échange à chaud et les faibles temps d'accès étaient primordiales. De plus, le bastion traditionnel de l'ATA, les machines mono-utilisateur, n'a tout simplement pas bénéficié de TCQ ; en effet, dans de nombreux cas, la charge supplémentaire imposée a en fait réduit plutôt qu'amélioré les performances dans ces domaines. En conséquence, la fonctionnalité a été largement ignorée par l'industrie.

Aujourd'hui, cependant, l'avènement de Serial ATA, ses fonctionnalités de remplacement à chaud associées et son interopérabilité promise avec la future norme SAS (Serial Attached SCSI) ont donné lieu à un avenir radieux pour ATA dans l'entreprise. La prochaine norme SATA II comprend des dispositions pour incorporer la mise en file d'attente de commandes étiquetées à la norme ATA-4. Les architectures de disques SATA natives telles que le Seagate Barracuda 7200.8 et le Maxtor MaXLine III vantent l'inclusion de la mise en file d'attente de commandes marquée "Native SATA", ou "Native Command Queuing" (NCQ) en abrégé. Le paradigme fondamental de NCQ est identique à celui de la mise en file d'attente des commandes étiquetées ; le surnom NCQ différencie simplement la norme SATA II du modèle ATA-4 existant.

Grâce à ses vastes poches de recherche et développement, Seagate a été le seul fabricant à éviter un pont PATA vers SATA moins coûteux et plus rapide à commercialiser pour ses premiers produits SATA. Pour des raisons financières et temporelles, d'autres fabricants tels que Western Digital ont présenté leurs premiers produits avec un fonctionnement ponté. Le Raptor WD740GD est l'un de ces modèles. Alors que les ramifications pratiques sont négligeables (c'est la performance finale qui compte, après tout !), le pont du Raptor l'empêche d'utiliser la norme SATA II NCQ. Ainsi, pour implémenter la mise en file d'attente des commandes balisées dans sa gamme naissante orientée entreprise en temps opportun, Western Digital a choisi d'inclure TCQ de style ATA-4 dans le Raptor. Heureusement pour WD, l'entreprise a reçu une réponse enthousiaste de la part de nombreux fabricants de contrôleurs. La plupart des entreprises qui conçoivent des adaptateurs hôtes SATA compatibles NCQ intègrent également une mise en file d'attente de type Raptor. L'un de ces fabricants est Promise Technology.

 

Les tests

Dans ce premier de ce qui sera plusieurs articles examinant les effets de la mise en file d'attente des commandes étiquetées de SATA, nous examinerons comment le prochain Promise FastTrak TX4200 se compare au FastTrak S150 TX4 non compatible TCQ actuellement disponible. La relation entre ces deux contrôleurs est d'autant plus intéressante que le TX4200 est simplement un FastTrak S150 TX4 avec un code TCQ ajouté. Le S150 TX4, à son tour, est simplement un SATA150TX4 compatible RAID, le contrôleur SATA de référence de longue date du SR Testbed. Un contraste direct entre les deux contrôleurs Promise RAID peut ainsi isoler les effets de TCQ des autres variables.

Caractéristiques du Promise FastTrak TX4200 :

  • 4 ports Serial ATA pour jusqu'à 4 disques
  • RAID 0/1/10 et JBOD
  • Fonctionnement PCI 32 bits / 33-66 MHz
  • Prise en charge NCQ et SATA TCQ

TCQ, bien sûr, existe depuis un certain temps dans le monde SCSI - tous les adaptateurs hôtes, contrôleurs RAID et disques durs actuels prennent en charge une implémentation très mature. Pour découvrir les inconvénients, le cas échéant, du SATA TCQ par rapport aux solutions SCSI plus établies, les résultats d'un contrôleur RAID Mylex AcceleRaid 170 associé à jusqu'à quatre disques Seagate Cheetah 73K.10 de 6 Go ont été inclus dans ces tests.

Caractéristiques du Mylex AcceleRaid 170 :

  • 1 port LVD 68 broches pour jusqu'à 15 disques
  • Niveaux RAID 0, 1, 0+1, 3, 5, 10, 30, 50, JBOD
  • Mémoire cache SDRAM ECC de 32 Mo
  • Fonctionnement PCI 32 bits / 33 MHz

Bien que TCQ confère des avantages même lorsqu'un seul disque fonctionne sous de lourdes charges aléatoires, son véritable potentiel brille lorsqu'il existe également plusieurs actionneurs avec lesquels travailler. Par conséquent, les tests qui suivent examinent également de près la mise à l'échelle fournie par les baies dans les scénarios multi-utilisateur et mono-utilisateur - notre première approche formelle du RAID en plus de deux ans.

Dans les tests suivants, le matériel et les benchmarks de Testbed3 trient les multiples dimensions des moteurs de performance potentiels :

  • Comment TCQ profite-t-il aux performances multi-utilisateurs et mono-utilisateur ?
  • Comment TCQ affecte-t-il la capacité d'une matrice RAID à augmenter les performances à mesure que de nouveaux disques sont ajoutés ?
  • Comment SATA TCQ se compare-t-il à l'implémentation de SCSI ?
  • Comment une matrice RAID évolue-t-elle sous des E/S aléatoires de plus en plus lourdes ?
  • Quels avantages une matrice RAID offre-t-elle aux E/S hautement localisées qui dominent l'utilisation non serveur (mono-utilisateur) ?

Étant donné que ces tests tirent parti du banc d'essai SR standard, prenons un moment pour considérer une limitation potentielle du matériel de la machine, le slot PCI 33 MHz, 32 bits.

 

Limites du bus PCI

La limite de 133 Mo/s du bus PCI standard 32 bits, 33 MHz peut inquiéter certains, en particulier ceux qui cherchent, pour diverses raisons, à optimiser les taux de transfert séquentiel. La limite pratique dans le monde réel reste légèrement inférieure à ce seuil - les tests STR associés aux résultats ci-dessous atteignent 126 Mo/sec. Un seul Raptor dans sa zone extérieure peut pousser près de 72 Mo/sec tandis qu'un Cheetah 10K.6 peut faire 69 Mo/sec - il suffit de deux des deux pour saturer le bus PCI.

Examinons de plus près l'importance du STR (taux de transfert de données) dans la plupart des applications. Le test StorageReview File Server DriveMark génère une taille de transfert moyenne de 22 kilo-octets. Autrement dit, l'opération d'E/S moyenne générée par la suite consiste à repositionner l'actionneur à l'emplacement souhaité, puis à lire ou écrire 22 Ko de données. De même, la taille de transfert moyenne du SR Office DriveMark est de 23 Ko. Le SR High-End DriveMark, basé sur une suite d'applications incluant le montage vidéo et audio, est le seul test dépassant sensiblement ces tailles, avec un transfert relativement élevé de 69.5 Ko par E/S.

Un seul Raptor WD740GD, avec son taux de transfert maximal de 72 Mo/s, peut transférer 22 Ko en :

72 Mo/sec * 1024 Ko/Mo / 22 Ko = 3351 fois/seconde ou 0.298 millisecondes chacun
Par conséquent, la demande d'E/S moyenne dans le DriveMark du serveur de fichiers SR se termine par une lecture ou une écriture sur le plateau qui prend en moyenne 0.3 ms.

Une matrice RAID0 à limitation PCI peut transférer 22 Ko de données dans :

126 Mo/sec * 1024 Ko/Mo / 22 Ko = 5865 fois/seconde, ou 0.170 milliseconde chacun
Dans un modèle d'accès typique qui présente une localisation importante telle que Office DriveMark, un lecteur adepte tel que le WD740GD peut atteindre environ 600 E/S par seconde. Inversement, chaque E/S (qui, encore une fois, consiste en positionnement + transfert) prend environ 1.7 millisecondes. Dans un scénario à un seul disque hautement localisé, le Raptor prend en moyenne 1.7 millisecondes par E/S. Sur ces 1.7 ms, 0.3 ms ou 18 % correspondent au transfert de données vers ou depuis le plateau. Les 82% restants de l'opération consistent à déplacer l'actionneur ou à attendre que le plateau tourne à l'emplacement souhaité. La situation se polarise davantage à mesure que les taux de transfert augmentent. À 126 Mo/s, les transferts ne représentent que 11 % du temps de service total. En effet, des taux de transfert séquentiels allant de 50 Mo/s à 130 Mo/s et plus « s'écrivent hors de l'équation » en banalisant le temps nécessaire pour lire et écrire des données par rapport au temps nécessaire pour positionner la lecture/écriture. écrivez les têtes à l'emplacement souhaité.

Le diagramme de droite illustre la relation entre le positionnement et les transferts dans des scénarios typiques à un ou plusieurs utilisateurs. Observez comment le temps passé à positionner l'actionneur et le plateau (rouge) domine le temps relativement faible passé à lire/écrire les données elles-mêmes (jaune). Même un cas asymptotique d'un taux de transfert infini déclenché par un bus infiniment rapide ne ferait qu'éliminer la partie jaune du temps total nécessaire pour traiter une demande.

Par conséquent, alors que le bus PCI peut limiter les taux de transfert séquentiels, son effet pratique en plafonnant la vitesse réelle dans une utilisation typique n'est pas aussi important qu'on pourrait le croire à première vue. Par conséquent, la mise à l'échelle démontrée dans cet article représente également les augmentations que l'on obtiendra des baies fonctionnant sur des bus à plus grande vitesse.

 

Notre troisième échantillon Raptor WD740GD

L'échantillon d'évaluation fourni à SR par Western Digital pour notre test publié en janvier dernier a été fabriqué le 4 décembre 2003. Pour ce test, WD nous a envoyé quatre autres échantillons, tous datés du 4 mars 2004. Bien que cet article porte principalement sur les configurations multi-disques, il a été nécessaire, à des fins de contrôle, de tester à nouveau un disque de ce nouveau lot sur notre contrôleur de référence Promise SATA150TX4. Quelques différences apparaissent :

De petites réductions de performances sont évidentes - environ 3% dans Office DriveMark, par exemple. Le plus notable est la baisse de 8% du Bootup DriveMark. Les représentants de Western Digital attribuent la différence au firmware révisé. Un examen plus approfondi des deux échantillons différents révèle les numéros de modèles étendus suivants :

 

 

Notez les différences dans le dernier chiffre de la désignation MDL étendue lorsque vous comparez nos deuxième et troisième échantillons. L'unité de décembre se termine par un zéro tandis que l'unité de mars se termine par un 1. Pourquoi ce changement ? Tout d'abord, nous devons souligner que tous les fabricants actualisent discrètement et régulièrement le micrologiciel de tous leurs disques après la sortie initiale, soit pour corriger des bogues, soit pour ajuster les performances au fur et à mesure que de nombreuses expériences de configuration affluent.

Deuxièmement, comme cela a été douloureusement évident au cours des derniers mois, la mise en file d'attente des commandes SATA s'est avérée être une cible en constante évolution, tandis que les fabricants de disques et de contrôleurs continuent de peaufiner leurs produits. Alors que les fabricants de contrôleurs tels que Pacific Digital, Silicon Image et Promise Technology continuent de développer des échantillons d'adaptateurs de pré-version, les fabricants de disques tels que Western Digital sont obligés de ré-optimiser le micrologiciel pour obtenir les meilleurs résultats. De même, la même chose a été vraie dans la direction opposée. Bien que Western Digital ait annoncé le WD740GD en septembre 2003 et que les unités largement disponibles via le canal depuis décembre dernier disposent de la fonctionnalité TCQ, l'équipe Raptor est néanmoins amenée à réévaluer régulièrement les adaptateurs hôtes compagnons potentiels du lecteur et à réajuster le micrologiciel en conséquence. Le résultat est la révision "00FLA1", une unité mieux adaptée à l'état actuel des adaptateurs hôtes compatibles TCQ, mais avec une très légère baisse de certaines mesures de performances.

Un coup d'œil aux chiffres ci-dessus révèle que s'il existe des différences, elles sont à toutes fins utiles insignifiantes. On ne remarquera tout simplement pas la différence de vitesse lors d'une utilisation subjective. Les tentatives visant à se procurer spécifiquement la révision 00FLA0 antérieure s'avéreraient probablement frustrantes et infructueuses. Nous ne transpirerions pas sur la différence.

 

Un mot sur l'organisation

Présenter les résultats suivants peut être assez intimidant. De nombreuses dimensions différentes de la performance émergent lorsque l'on tente de former la «grande image». Comment les performances augmentent-elles lorsque toutes les autres variables enregistrent la profondeur de la file d'attente restent constantes ? Quels types d'avantages résultent de l'ajout de disques supplémentaires à une baie ? Comment le choix de la mise en miroir plutôt que de la répartition affecte-t-il les performances ? La liste des questions continue. En conséquence, nous avons évité l'utilisation de nos graphiques standard "générés par HTML" au profit de graphiques statiques. Espérons qu'ils transmettent avec précision la myriade d'informations à glaner.

Sans plus tarder, jetons un œil à quelques résultats !

 

 

 

Performances multi-utilisateurs à mesure que la profondeur des files d'attente augmente

Tout d'abord, examinons l'évolution des performances sous le test DriveMark de StorageReview File Server, hautement aléatoire, en fonction de la profondeur de la file d'attente (charge). Pour plus d'informations sur le DriveMark, veuillez consulter cette explication . À titre de comparaison, les résultats obtenus avec le contrôleur SATA Promise SATA150TX4 et le contrôleur SCSI Adaptec AHA-29160, utilisés par Testbed3, sont présentés pour une configuration à un seul disque. Les résultats RAID 0 présentés ci-dessous correspondent à une taille de bande de 64 Ko.

 

Le Raptor fonctionnant à la fois sur le Promise SATA150TX4 et le FastTrak S150 TX4 commence avec un impressionnant 129 E/S par seconde à une profondeur de file d'attente de 1. Le Cheetah associé à l'AcceleRaid se comporte également de manière respectable à 125 E/S par seconde. Les combos Promise TX4200/Raptor et Adaptec 29160/Cheetah trébuchent cependant avec leurs débuts de 112 E/S par seconde et 117 E/S par seconde respectivement. À mesure que les profondeurs augmentent, cependant, l'image commence à changer.

Au moment où la charge atteint 4 E / S en suspens, le 29160 se place en tête du peloton, dépassant l'AcceleRaid. Les FastTrak S150 TX4 et SATA150TX4 continuent de fonctionner de manière identique tandis que le TX4200, toujours à la traîne, parvient à combler une partie de l'écart.

Une profondeur de 16 donne des changements considérables. L'Adaptec se classe en tête du peloton avec un impressionnant 237 E/S par seconde. Le Mylex continue de bien évoluer, mais l'implémentation TCQ de la paire TX4200/Raptor commence à se faire sentir et se place juste un peu derrière.

Lorsque nous atteignons enfin une lourde charge de 64 demandes en attente, une hiérarchie claire émerge. Les adaptateurs hôtes SCSI d'Adaptec ont toujours été des choix populaires et fiables. Le 29160 s'avère également très performant en laissant les autres contrôleurs dans la poussière sous une forte charge. Bien que le TX4200 et l'AcceleRaid n'atteignent pas des sommets aussi élevés, ils offrent néanmoins la mise à l'échelle sous charge que l'on pourrait attendre des sous-systèmes dotés de TCQ. En revanche, les deux contrôleurs ATA non TCQ occupent l'arrière du peloton, un contraste marqué par rapport à leurs performances rapides lorsqu'une seule demande reste en suspens.

 

Lorsqu'ils sont configurés avec deux disques au format stripe, les trois contrôleurs RAID démarrent de la même manière - le FastTrak S150 TX4, dépourvu de la surcharge imposée par TCQ, bénéficie d'une légère avance. L'écart est pratiquement effacé au moment où la file d'attente atteint 4.

Lorsque les profondeurs atteignent 16, la pente du S150 TX4 se stabilise, ce qui indique un taux de mise à l'échelle inférieur à celui de l'AcceleRaid et du TX4200. Enfin, à 64 E/S, l'AcceleRaid et le TX4200 bénéficient d'un avantage significatif sur le S150 TX4, le TX4200 atteignant un maximum de 385 E/S par seconde.

 

Les effets de mise à l'échelle relative restent similaires dans une configuration RAID0 à trois disques. Cependant, les résultats des trois contrôleurs présentent des pentes plus raides, ce qui indique que l'augmentation du nombre d'actionneurs lui-même offre des avantages à mesure que la profondeur des files d'attente augmente.

Le TX150 non-TCQ S4 se classe derrière les deux autres adaptateurs au moment où les files d'attente atteignent 16. Lorsque les profondeurs atteignent 64 E/S en suspens, le TX4200 se place à nouveau devant les autres.

 

Enfin, dans une configuration RAID0 à quatre disques, le modeste S150 TX4 parvient à évoluer ainsi que les baies compatibles TCQ jusqu'à 16 requêtes en attente. Ce n'est qu'au moment où nous atteignons 64 ans que les différences font surface. Le S150 TX4 se stabilise tandis que l'AcceleRAID continue d'évoluer sur la même pente. Le TX4200 évolue légèrement mieux sous cette dernière étape, ouvrant un écart significatif entre lui-même et la baie SCSI.

 

 

 

Performances multi-utilisateurs à mesure que le nombre de disques augmente

Des performances contrastées entre les contrôleurs à mesure que le nombre de disques d'une matrice RAID0 augmente donnent également des résultats révélateurs. Les graphiques qui suivent illustrent les effets de l'ajout de disques supplémentaires tout en maintenant toutes les autres variables constantes. Les résultats présentés ci-dessous présentent une taille de bande de 64 Ko.

 

Les pentes restent assez plates lorsque nous comparons les opérations d'E/S délivrées par seconde au nombre de disques dans une matrice en bandes avec une seule E/S en attente. Sans demandes sauvegardées et en attente, un nombre accru d'actionneurs ne peut tout simplement pas se faire sentir. Sous de telles charges légères, la conception la plus simple, le S150 TX4 de Promise, offre les meilleures performances quel que soit le nombre de disques dans la baie.

 

La situation change nettement lorsque la charge en attente augmente jusqu'à quatre requêtes. Les trois contrôleurs offrent une augmentation des E/S par seconde à mesure que des disques sont ajoutés à la baie. Avec un seul disque, l'AcceleRaid bénéficie d'une avance à 154 E/S par seconde tandis que les deux contrôleurs Promise obtiennent un score similaire à environ 135 E/S par seconde.

Cependant, lorsqu'un deuxième disque est ajouté à la baie, l'AcceleRaid évolue un peu moins que les contrôleurs ATA ; tous trois très proches les uns des autres.

Au moment où nous atteignons un nombre de lecteurs de trois et quatre, la pente douce AcceleRaid le maintient derrière les deux contrôleurs Promise. L'augmentation du nombre d'actionneurs permet au S150 TX4 de surmonter son manque de fonctionnalité TCQ et de devancer l'AcceleRaid ainsi que le TX4200, mais avec des marges relativement faibles.

 

À une profondeur de file d'attente de 16, le manque de TCQ du S150 TX4 le désavantage. Bien qu'il bénéficie toujours d'augmentations de performances à mesure que des disques sont ajoutés à la matrice, il est à la traîne par rapport au TX4200 et à l'AcceleRaid à presque tous les points. La seule exception est au niveau des 4 disques - l'augmentation modeste d'AcceleRaid lorsque le quatrième disque est ajouté permet au S150 TX4 relativement cohérent de combler l'écart.

 

Bien que le S150 TX4 continue d'afficher une mise à l'échelle quasi linéaire sous une charge constante de 64 requêtes en attente, l'ajout de plusieurs disques à la baie n'est tout simplement pas suffisant pour le maintenir dans la mêlée avec les alternatives compatibles TCQ.

Le SCSI AcceleRaid offre de meilleures performances que le SATA TX4200 avec un seul disque. Au fur et à mesure que de nouveaux disques sont ajoutés à la baie, le TX4200 s'adapte mieux ; sa plus grande pente culmine avec une avance de 13 % sur l'AcceleRaid dans une baie à 4 disques.

 

 

 

Mise en miroir multi-utilisateurs

Les résultats extraits des baies RAID0 à mesure que le nombre de disques augmente sont intéressants d'un point de vue académique, principalement en raison de la nature linéaire dans laquelle on peut ajouter des actionneurs indépendants. Certes, cependant, l'utilisation pratique de RAID0 dans les serveurs de production est assez limitée - les gains de performances sont plus que compensés par l'augmentation significative des risques. Si l'un d'entre eux tombait en panne dans une matrice à quatre disques, toutes les données seraient perdues.

La mise en miroir (RAID1) est un scénario beaucoup plus probable. Dans une telle matrice, chaque élément de données est écrit sur au moins deux disques. Alors que les écritures doivent se produire à l'unisson, les lectures ne le font pas ; par conséquent, les contrôleurs RAID intelligemment conçus offrent une augmentation des performances grâce à la mise en œuvre de lectures indépendantes lors de l'utilisation de plusieurs actionneurs. RAID1 offre les avantages de la redondance en cas de panne d'un disque tout en offrant des performances améliorées grâce à deux mécanismes de lecture distincts. RAID01 offre une redondance sur deux ensembles de matrices RAID0 - en cas de défaillance d'une matrice, les données restent préservées sur l'autre. RAID10 met en miroir les données sur deux disques, puis entrelace la matrice résultante avec une autre matrice. RAID01 et RAID10 améliorent les performances avec deux mécanismes d'écriture et jusqu'à quatre mécanismes de lecture. Le contrôleur Mylex offre à la fois RAID01 et RAID10 tandis que les unités Promise intègrent RAID10.

 

Lors de la mise en miroir de deux disques, les trois contrôleurs présentent une augmentation appréciable des E/S délivrées par seconde jusqu'à une charge modérément lourde de 16 requêtes en attente. Dans une tournure étrange, cependant, les performances du Promise TX4200 diminuent en fait lors du passage d'une charge de 16 à 64. Le S150 TX4 et l'AcceleRaid, d'autre part, continuent d'évoluer comme prévu. L'AcceleRaid offre facilement les meilleures performances RAID1 globales.

Comme on pouvait s'y attendre, la répartition d'une paire de baies en miroir (RAID10) offre des avantages de performances encore plus importants. Ici, le modeste S150 TX4 prend en fait une avance significative avec une charge relativement légère de 4 demandes en attente. Les choses s'équilibrent à peu près au moment où la charge atteint 16 ; en 64 ans, les améliorations plus douces du S150 TX4 l'amènent à prendre un peu de retard. Dans une configuration RAID10, le TX4200 ne présente pas la même baisse impaire entre 16 et 64. Au contraire, il évolue comme prévu.

 

 

 

Performances mono-utilisateur

Malgré des preuves contraires , un marketing excessif et un manque général de connaissances ont entraîné la prolifération du RAID parmi les utilisateurs avancés de stations de travail individuelles. Si la redondance offerte par le RAID 1 présente des avantages considérables, l'augmentation des débits de transfert et des performances d'accès aléatoire à haut débit du RAID 0 n'apporte généralement aucun bénéfice aux applications autres que les serveurs.

De même, bien que le dernier Raptor offre des performances mono-utilisateur exceptionnelles, Western Digital s'est efforcé d'intégrer la fonctionnalité TCQ dans la volonté de ne pas élargir son avance mono-utilisateur sur la concurrence, mais plutôt de s'assurer que le Raptor revendique sa revendication en tant qu'alternative viable dans le monde des serveurs traditionnellement basés sur SCSI.

Nous savons néanmoins que de nombreux lecteurs à travers le monde attendaient avec impatience les résultats des tests du Raptor associé à un contrôleur TCQ compatible. Les tests Desktop DriveMarks de StorageReview offrent une opportunité unique d'évaluer précisément l'impact des configurations RAID sur les applications monopostes (hors serveur). Nous allons ici examiner comment RAID, TCQ, SCSI et SATA influencent les performances. Les résultats RAID 0 présentés ci-dessous correspondent à une taille de bande de 64 Ko.

 

Les similitudes entre le contrôleur Promise SATA150TX4 standard étroitement lié (non RAID) et le contrôleur Promise S150 TX4 (non TCQ RAID) sont assez évidentes, car les deux obtiennent des résultats similaires dans les quatre tests. Le Promise TX4200 compatible TCQ, cependant, donne des résultats révélateurs. Lorsqu'un contrôleur ATA compatible TCQ rencontre enfin un lecteur ATA compatible TCQ, la complexité et la surcharge supplémentaires diminuent en fait les performances ! N'oubliez pas que, quelle que soit la sophistication du multitâche et du multithreading dans une machine mono-utilisateur, les modèles d'accès (hautement localisés vs hautement aléatoires) et les profondeurs de file d'attente (généralement faibles avec une rafale occasionnelle vs toujours plus élevées) restent fondamentalement différents à partir d'un serveur multi-utilisateurs. En fait, il est évident que la maturité même et la mise en œuvre cohérente à tous les niveaux de TCQ dans le monde SCSI est en fait l'un des facteurs qui font trébucher les disques SCSI mécaniquement supérieurs dans les scénarios mono-utilisateur.

Du côté SCSI, les commutateurs Adaptec AHA-29160 et Mylex AcceleRaid 170 changent de place. Alors que le 29160 s'avère être le plus performant dans les scénarios multi-utilisateurs à lecteur unique, l'AcceleRaid offre de meilleurs scores mono-utilisateur dans tous les domaines. A noter cependant que même handicapé par le fonctionnement TCQ, le Raptor parvient à conserver son avance sur le Cheetah dans trois des quatre tests mono-utilisateur. L'expérience de Western Digital dans la conception d'excellentes stratégies de mémoire tampon de lecture anticipée et de réécriture mono-utilisateur continue de briller.

Passons à autre chose et examinons comment les contrôleurs RAID évoluent dans chaque modèle d'accès à mesure que le nombre de disques augmente.

 

Lorsque vous passez d'une configuration à un seul disque à une baie à deux disques, les performances des trois contrôleurs augmentent d'une marge de 9 à 13 % dans le SR Office DriveMark. Il est important de distinguer, cependant, qu'une partie de cette augmentation se manifeste par le doublement de la capacité du disque logique de 74 Go (1 disque) à 146 Go (2 disques). Rappelez-vous que le Marques de lecteur de bureau StorageReview sont la représentation ultime et reproductible des performances du monde réel. En conséquence, de véritables adresses de secteur LBA sont demandées tout au long des tests. Les disques durs et les matrices de plus grande capacité resserreront par définition physiquement ces emplacements et bénéficieront ainsi d'un avantage (comme ils le font dans la réalité).

Le passage à trois disques entraîne une baisse significative des performances. Avec quatre disques, les scores régressent même. Si certains estiment que le bus PCI 32 bits à 33 MHz de la plateforme de test limite les gains obtenus grâce au striping, il convient de rappeler que, notamment à ces niveaux d'E/S, ces limitations sont négligeables . Quel que soit le nombre de disques, le fonctionnement plus simple et optimisé du S150 TX4 lui confère un avantage considérable en termes de performances par rapport aux deux autres contrôleurs.

 

En raison de ses tailles de transfert moyennes plus élevées, le SR High-End DriveMark bénéficie légèrement plus que la suite Office à mesure que le nombre de lecteurs augmente. Les gains varient de 9 % à 19 % ici et, contrairement au cas du test Office, ne se stabilisent jamais complètement avec le nombre de lecteurs. Encore une fois, le S150 TX4 offre de meilleures performances que les contrôleurs compatibles TCQ.

 

Le SR Bootup DriveMark capture le processus de démarrage de Windows XP de Microsoft. La séquence de démarrage XP est inhabituelle en ce sens qu'elle réorganise les données sur le disque pour imiter la séquence des demandes (permettant ainsi des transferts plus séquentiels) et tente également de générer une profondeur de file d'attente aussi élevée que possible en claquant le sous-système de stockage avec des demandes (une moyenne de 2.39 E/S en attente, cependant, reste assez modeste par rapport à la plupart des scénarios multi-utilisateurs). Le résultat net est le seul modèle Desktop DriveMark qui bénéficie de manière significative d'une augmentation du nombre de lecteurs. Les performances augmentent constamment à mesure qu'un autre disque est ajouté à la matrice. Les avantages pratiques restent cependant douteux. Les augmentations du processus de démarrage XP devraient surmonter la surcharge accrue générée pendant le processus de mise sous tension POST par la matrice RAID et ses lecteurs associés. Même dans le Bootup DriveMark, le nombre de lecteurs reste bien plus important que TCQ - le S150 TX4 conserve une avance constante et considérable sur les autres contrôleurs.

 

Enfin, nous arrivons au SR Gaming DriveMark, une moyenne pondérée des accès au disque générés par cinq jeux PC populaires. Les pentes plates indiquent que les utilisations de jeu bénéficient le moins du RAID et de la mise en file d'attente des commandes. En fait, à 677 E/S par seconde, une baie Cheetah à 4 disques fonctionnant à partir de l'Acceleraid 170 est en retard d'un seul Raptor fonctionnant sur le « plus stupide » des contrôleurs SATA avec une marge de 9 %.

 

 

Mise en miroir mono-utilisateur

 

La mise en miroir des données sur deux disques (RAID1) et l'entrelacement de deux miroirs (RAID10) entraînent une modification significative des performances uniquement dans Bootup DriveMark. Les trois contrôleurs offrent une augmentation lors du passage d'un seul disque à une paire en miroir et à nouveau lors du passage d'une paire en miroir à RAID10.

Dans tous les autres schémas d'accès, les trois contrôleurs présentent de très légers changements ici et là, sans tendance significative perceptible. Notez qu'une fois de plus, le modeste non TCQ S150 TX4 offre les meilleures performances dans toutes les combinaisons en miroir.

 

 

 

Conclusions

De la pléthore de données présentées ci-dessus, nous pouvons tirer plusieurs conclusions :

1. Les technologies SATA TCQ et SATA RAID offrent au marché des serveurs des avantages comparables à ceux des technologies SCSI TCQ et SCSI RAID. Les contrôleurs Promise FastTrak TX4200 et Mylex AcceleRaid 170 sont respectivement des contrôleurs RAID d'entrée de gamme pour les interfaces SATA et SCSI. Le premier, en réalité, n'est autre que le contrôleur Promise FastTrak S150 TX4 actuel, auquel on a ajouté les fonctionnalités SATA TCQ (et NCQ).

Contrairement aux autres grands fabricants de disques durs, Western Digital ne dispose pas d'une gamme de produits SCSI établie à protéger. De ce fait, l'entreprise cherche à se démarquer de la concurrence en proposant des fonctionnalités et des mécanismes de type SCSI à des prix associés à l'interface ATA, plus économique. Au moment de la rédaction de cet article, une vérification rapide auprès de HyperMicro, partenaire de StorageReview , indique que les disques Cheetah 10K.6 de 73 Go sont proposés à 339 $ l'unité, les Raptor WD740GD à 219 $ l'unité et l'AcceleRaid 170 à 379 $. Lors de sa sortie en août prochain, le prix du Promise TX4200 sera comparable à celui du S150 TX4 qu'il est destiné à remplacer. Il est vendu à 159 $ chez HyperMicro.

Par conséquent, les prix suivants (hors câbles et accessoires) se présentent :

1356 339 $ (4 $ x 379 Cheetahs) + 170 $ (AcceleRaid 1735) = 4 XNUMX $ (matrice RAID SCSI à XNUMX disques)
876 $ (219 $ x 4 Raptors) + 159 $ (FastTrak TX4200) = 1035 $ (matrice RAID SATA à 4 disques)
La différence de coût entre les deux baies s'élève à 40%, ce qui est vraiment significatif. Que sacrifie-t-on en optant pour la solution SATA la moins coûteuse ? Après tout, il a été démontré que les performances de SATA sont compétitives et, dans certains cas, supérieures à celles d'une solution SCSI comparable.

Alors que WD a fourni une solution qui peut correspondre à la vitesse et à l'évolutivité d'une solution basée sur SCSI, il faut également garder à l'esprit les facteurs clés de l'infrastructure et de la fiabilité. Comme pour TCQ lui-même, le matériel de support de SATA, tel que les fonds de panier, les solutions tout-en-un, etc., reste à ses balbutiements par rapport à la maturité et à la longévité du matériel SCSI. Gardez également à l'esprit que même si Western Digital revendique une spécification MTTF de classe entreprise de 1.2 million d'heures et soutient les Raptors avec une garantie de 5 ans, la ligne est encore nouvelle et reste relativement non éprouvée par rapport aux solutions établies telles que la série Cheetah de Seagate. Enfin, rappelez-vous que les prix indiqués ci-dessus représentent le coût du sous-système de stockage seul. La prise en compte du coût total du matériel serveur lorsque les cartes mères, le processeur et la RAM sont pris en compte peut diluer considérablement la différence.

En fin de compte, le potentiel pour SATA d'envahir le marché des serveurs d'entrée et de milieu de gamme est là. La performance est bien là. Si la fiabilité du Raptor s'avère comparable à celle de la concurrence et si l'infrastructure/le matériel de support fait surface, WD aura un concurrent viable.

2. La mise en file d'attente des commandes est conçue pour les environnements multi-utilisateurs, et non pour les configurations mono-utilisateur. Avec la sortie récente des chipsets Intel 9xx, experts et passionnés du monde entier ont proclamé que la mise en file d'attente des commandes était la prochaine révolution pour les ordinateurs de bureau. Erreur. Comme le montrent les disparités entre les FastTrak S150 TX4 et TX4200 (par ailleurs identiques, à l'exception de la fonctionnalité TCQ ajoutée à ce dernier), la mise en file d'attente des commandes introduit une surcharge importante qui ne se justifie pas en termes de performances dans les cas très localisés et peu complexes que génère même le multitâche mono-utilisateur le plus intensif. Il devient en fait évident que la maturité et l'implémentation généralisée de TCQ dans le monde SCSI sont l'une des principales raisons pour lesquelles les disques SCSI, par ailleurs mécaniquement supérieurs, peinent à rivaliser avec les unités ATA. Parmi les 24 combinaisons possibles issues des quatre modèles d'accès mono-utilisateur, des grappes RAID 0 de un à quatre disques et des grappes RAID 1/10 en miroir présentées ci-dessus, le S150 TX4 sans TCQ se distingue nettement dans tous les cas . La technologie TCQ est exclusivement réservée aux serveurs, à l'instar de celle mentionnée plus bas.

3. Le RAID est bien plus avantageux pour les applications multi-utilisateurs que pour les scénarios mono-utilisateur. L'enthousiasme des utilisateurs avancés, combiné aux stratégies marketing des entreprises qui ciblent ce public, a engendré la croyance erronée que la répartition des données sur deux disques ou plus offre des gains de performance significatifs pour la plupart des usages non liés aux serveurs. C'est tout à fait faux ! Les usages non liés aux serveurs, même en cas de multitâche intensif, génèrent des accès de faible profondeur et très localisés, où les stratégies de lecture anticipée et d'écriture différée prédominent. La théorie a toujours affirmé que la répartition des données n'apporte pas de gains de performance significatifs. Il y a quelque temps, un test empirique contrôlé a confirmé ces prédictions. Des doutes ont toutefois persisté : beaucoup pensaient, à tort, que les résultats seraient différents si la grappe RAID utilisait une interface SATA ou SCSI. Comme indiqué précédemment, les résultats sont identiques. Préservez votre temps, votre argent et vos données : réservez le RAID aux serveurs !

Nous sommes loin d'avoir fini ici ! Les produits SATA TCQ concurrents de Pacific Digital Corp. et Highpoint Technologies sont actuellement disponibles tandis que Silicon Image a un jeu de puces qui n'a pas encore été intégré dans un produit d'expédition. Nous continuerons à travailler avec d'autres fabricants de contrôleurs pour apporter aux lecteurs les résultats Raptor TCQ associés à une variété de produits. SATA NCQ vient également d'entrer aux heures de grande écoute. Comme toujours, StorageReview sera là.


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