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TCQ、RAID、SCSI、SATA

エンドユーザー

参照 テストドライブの方法
参照 Western Digital Raptor WD740GD レビュー
参照 Seagate Cheetah 10K.6 レビュー

 

イントロダクション

過去数年間、Western Digital は、高性能、大容量のデスクトップおよび愛好家市場で仮想的な副次的ロックを維持してきました。由緒ある WD Caviar シリーズは、誰もがうらやむ速度と容量を手頃な価格で兼ね備えています。しかし、比較的無名で短命な SCSI ラインは別として、収益性の高いエンタープライズ分野に関しては、同社は Seagate、Maxtor、Hitachi などの大手企業が市場シェアを争うのを遠くから眺めているだけでした。

10,000 年ちょっと前、WD は世界初の 360 RPM ATA ドライブである Raptor WD360GD を導入し、企業の領域をテストしました。 Raptor は、SCSI サブシステムが要求するかなり高額なプレミアムを下げるために、SCSI クラスの機構と比較的安価な新しいシリアル ATA インターフェイスを組み合わせました。ただし、StorageReview のパフォーマンス結果では、WD10GD はシングルユーザーでは世界クラスの結果をもたらしましたが、マルチユーザーのパフォーマンスは既存の XNUMX RPM SCSI ユニットと比べると依然として印象に残るものではなかったことが明らかになりました。

WD360GD には、SCSI の世界が長年享受してきた重要な要素であるタグ付きコマンド キューイング (TCQ)、つまりアクチュエータの動きを最小限に抑えるためにリクエストをインテリジェントに並べ替える機能が欠けていました。 2003 年 740 月、Western Digital は、ラインに多くの改良をもたらした第 74 世代ユニットである後続の Raptor WDXNUMXGD を発表しました。 Raptor の容量が XNUMX 倍の XNUMX ギガバイトになったことは最も目に見える改善ですが、最も興味深いのは間違いなく TCQ の実装です。

 

TCQ の概要

タグ付きコマンド キューイングは、オペレーティング システムの並べ替えや最適化と混同しないでください。タグ付きコマンド キューイングは、高負荷下でのランダム性の高いアクセスにおけるデータ配信を合理化するように設計されたハードウェア レベルのプロセスです。 TCQ がないと、ドライブは一度に 1 つのコマンドしか受け入れることができません。したがって、リクエストは受信した順に完了し、先着順で動作します。これは、特に集中的でローカライズされていない環境では、データ要求を処理する最も効果的な方法であるとは限りません。

タグ付きコマンド キューイングのプロセスを通じて、ホスト アダプターは個々のコマンドに特別なタグを追加します。ドライブ自体は、3 次元にわたるセクターの独自の物理レイアウトを把握しており、回転とシーク距離を考慮し、より効率的にサービスを提供するためにコマンドを並べ替えることができます。したがって、要求されたデータはより効率的な方法でコントローラーに返されます。その後、以前に追加した追加情報を使用して、データをオペレーティング システムに透過的に返すことができます。

左の図を考えてみましょう。従来のキューに入れられないパラダイムでは、ドライブはデータ ピース A のリクエストを受け入れ、アクチュエータを移動してデータを取得し、B のリクエストを受け入れ、取得してからデータ ピース C に移動します。 リクエストをバッファリングしてキューに入れることができるドライブただし、A を取得し、次に C を取得し、次に B を取得することを選択できるため、これら 3 つのリクエストを完了するのにかかる時間が実質的に節約されます。

TCQ は、コントローラーとハードドライブ自体の両方でサポートされている必要があります。この機能は 1990 年には SCSI の世界に導入され、2 年までに正式に SCSI-1994 標準として成文化されました。この機能はマルチユーザー サーバーの世界で非常に貴重であることがすぐに証明され、現在では事実上すべてのホスト アダプタとディスクに一貫して導入されています。 。同様に、TCQ は 1998 ATA-4 標準に正式に実装されました。ただし、SCSI デバイスとは異なり、ATA ドライブは、ホットスワップ機能やアクセス時間の短縮などの機能が最重要視されるエンタープライズ アプリケーションでは単純に使用されませんでした。さらに、従来の ATA の牙城であるシングルユーザー マシンは TCQ の恩恵を受けられませんでした。実際、多くの場合、追加のオーバーヘッドが課せられると、これらの領域のパフォーマンスは向上するのではなく、実際には低下します。その結果、この機能は業界からほとんど無視されました。

しかし今日では、シリアル ATA、それに関連するホット スワップ機能、および今後のシリアル アタッチド SCSI (SAS) 標準との相互運用性の約束により、企業における ATA の未来は明るくなりました。次期 SATA II 規格には、ATA-4 規格のタグ付きコマンド キューイングを組み込むための規定が含まれています。 Seagate Barracuda 7200.8 や Maxtor MaXLine III などのネイティブ SATA ドライブ アーキテクチャは、「ネイティブ SATA」タグ付きコマンド キューイング、または略して「ネイティブ コマンド キューイング」(NCQ) の搭載を宣伝しています。 NCQ の基本的なパラダイムは、タグ付きコマンド キューイングのパラダイムと同じです。 NCQ という名前は、SATA II 規格を既存の ATA-4 モデルと区別しているだけです。

豊富な研究開発資金を備えた Seagate は、最初の SATA 製品でより安価で市場投入が早い PATA-to-SATA ブリッジを避けた唯一のメーカーでした。経済的および時間的な理由から、Western Digital などの他のメーカーはブリッジ動作を備えた最初の製品を導入しました。 Raptor WD740GD は、これらの設計の 4 つです。実際的な影響は無視できますが (結局のところ、重要なのは最終的なパフォーマンスです!)、Raptor のブリッジにより SATA II NCQ 規格の使用が妨げられます。したがって、タグ付きコマンド キューイングを新進のエンタープライズ向けラインにタイムリーに実装するために、Western Digital は Raptor に ATA-XNUMX スタイルの TCQ を組み込むことを選択しました。 WD にとって幸運なことに、同社は多くのコントローラー メーカーから熱烈な反応を得ています。 NCQ 対応 SATA ホスト アダプタを設計しているほとんどの企業は、Raptor スタイルのキューイングも組み込んでいます。そのようなメーカーの XNUMX つが Promise Technology です。

 

テスト

SATA のタグ付きコマンド キューイングの効果を検証する複数の記事の最初のこの記事では、次期 Promise FastTrak TX4200 が、現在出荷されている TCQ 非対応の FastTrak S150 TX4 とどのように比較されるかを見ていきます。 TX4200 は単に FastTrak S150 TX4 に TCQ コードが追加されたものであるため、これら 150 つのコントローラー間の関係は特に興味深いものです。 S4 TX150 は、SR テストベッドの長年のリファレンス SATA コントローラーである RAID 対応の SATA4TXXNUMX にすぎません。したがって、XNUMX つの Promise RAID コントローラを直接対照することで、TCQ の影響を他の変数から分離できます。

Promise FastTrak TX4200 の特長:

  • 最大 4 つのドライブに対応する 4 つのシリアル ATA ポート
  • RAID 0/1/10 および JBOD
  • 32 ビット / 33 ~ 66 MHz PCI 動作
  • NCQ および SATA TCQ のサポート

もちろん、TCQ は SCSI の世界ではかなり前から存在しており、現在のホスト アダプタ、RAID コントローラ、およびハード ドライブはすべて、非常に成熟した実装をサポートしています。より確立された SCSI ソリューションと比較したときに SATA TCQ にどのような欠点があるのか​​を確認するために、最大 170 台の 73 GB Seagate Cheetah 10K.6 ドライブと組み合わせた Mylex AcceleRaid XNUMX RAID コントローラの結果がこれらのテストに含まれています。

Mylex AcceleRaid 170 の特徴:

  • 最大 1 台のドライブに対応する 68 つの 15 ピン LVD ポート
  • RAID レベル 0、1、0+1、3、5、10、30、50、JBOD
  • 32 MB ECC SDRAM キャッシュ
  • 32 ビット / 33 MHz PCI 動作

TCQ は、単一のドライブがランダムな重い負荷の下で動作する場合でも利点をもたらしますが、その真の可能性は、動作する複数のアクチュエータがある場合に輝きます。したがって、続くテストでは、マルチユーザーとシングルユーザーの両方のシナリオでアレイによって提供されるスケーリングも詳しく調べます。これは、2 年以上ぶりの RAID に関する正式な試みです。

次のテストでは、Testbed3 のハードウェアとベンチマークが潜在的なパフォーマンス ドライバーの複数の側面を分類します。

  • TCQ はマルチユーザーとシングルユーザーのパフォーマンスにどのようなメリットをもたらしますか?
  • TCQ は、ドライブの追加に応じて RAID アレイのパフォーマンスを向上させる能力にどのような影響を与えますか?
  • SATA TCQ は SCSI の実装とどのように比較できますか?
  • ランダム I/O が増大する中で、RAID アレイはどのように拡張できるのでしょうか?
  • RAID アレイは、非サーバー (シングル ユーザー) の使用の大半を占める高度にローカライズされた I/O にどのような利点をもたらしますか?

これらのテストは標準 SR テストベッドを利用するため、マシンのハードウェア、33 M​​Hz、32 ビット PCI スロットの潜在的な制限について少し考えてみましょう。

 

PCIバスの制限事項

標準 133 ビット、32 M​​Hz PCI バスの 33 MB/秒の制限は、一部の人にとって、特にさまざまな理由でシーケンシャル転送速度を最大化したいと考えている人にとっては懸念事項かもしれません。実際の現実の制限は、そのしきい値をわずかに下回ったままです。以下の結果に関連する STR テストでは、126 MB/秒が最高値となります。外側のゾーンにある 72 台の Raptor はほぼ 10 MB/秒をプッシュできますが、Cheetah 6K.69 は XNUMX MB/秒を実行できます。PCI バスが飽和するのに必要なのはどちらか XNUMX つだけです。

しかし、ほとんどのアプリケーションにおいてSTRがどれほど重要なのかを詳しく見ていきましょう。StorageReview File Server DriveMarkでは、平均転送サイズが22キロバイトになります。つまり、このテストスイートで生成される平均的なI/O操作は、アクチュエータを目的の位置に移動させた後、22KBのデータの読み書きを行うというものです。同様に、SR Office DriveMarkの平均転送サイズは23KBです。ビデオ編集やオーディオ編集などのアプリケーションスイートに基づくSR High-End DriveMarkは、これらのサイズを大幅に超える唯一のテストであり、I/Oあたり69.5KBという比較的高い転送サイズを生成します。

740 台の Raptor WD72GD は、最大転送速度 22 MB/秒で、以下のデータを XNUMX KB 転送できます。

72 MB/秒 * 1024 KB/MB / 22 KB = 3351 回/秒、またはそれぞれ 0.298 ミリ秒
したがって、SR ファイル サーバー DriveMark の平均 IO リクエストは、完了までに平均 0.3 ミリ秒かかるプラッタへの読み取りまたは書き込みで終了します。

PCI スロットル RAID0 アレイは、次の場所に 22 KB のデータを転送できます。

126 MB/秒 * 1024 KB/MB / 22 KB = 5865 回/秒、またはそれぞれ 0.170 ミリ秒
Office DriveMark などの重要なローカライゼーションを特徴とする一般的なアクセス パターンでは、WD740GD などの優れたドライブは 600 秒あたり約 1.7 I/O を達成できます。逆に言うと、各 I/O (これも位置決め + 転送で構成されます) には約 1.7 ミリ秒かかります。単一ドライブの高度にローカライズされたシナリオでは、Raptor の I/O あたりの平均速度は 1.7 ミリ秒です。この 0.3 ミリ秒のうち、18 ミリ秒、つまり 82% はプラッターとの間のデータ転送です。操作の残りの 126% は、アクチュエータを移動するか、プラッタが希望の位置に回転するのを待つことで構成されます。転送レートが上昇するにつれて、状況はさらに二極化します。 11 MB/秒では、転送は総サービス時間のわずか 50% にすぎません。実際、130 MB/秒から XNUMX MB/秒以上のシーケンシャル転送速度は、データの読み取りと書き込みにかかる時間を、読み取り/書き込みの位置決めにかかる時間と比較した場合に矮小化することで、「方程式から除外」されます。ヘッドを目的の場所に書き込みます。

右の図は、一般的なシングルユーザーおよびマルチユーザーのシナリオにおける測位と転送の関係を示しています。アクチュエータとプラッターの位置決めに費やされる時間 (赤) が、データ自体の読み取り/書き込みに費やされる比較的短い時間 (黄) をどのように支配しているかを観察してください。無限に高速なバスを通じて無限の転送速度が解放される漸近的なケースであっても、1 つのリクエストを処理するのにかかる合計時間のうち、黄色の部分がなくなるだけです。

したがって、PCI バスはシーケンシャル転送速度を制限する可能性がありますが、一般的な使用において実際の速度を制限する実際の効果は、一見して思われるほど重要ではありません。結果として、この記事で説明したスケーリングは、高速バス上で動作するアレイから得られる増加も表しています。

 

740 番目の Raptor WDXNUMXGD サンプル

昨年1月に公開したレビューのためにWestern DigitalからSRに提供された評価用サンプルは、2003年12月4日に製造されたものでした。今回のレビューのために、WDはさらに4つのサンプルを送ってきましたが、いずれも2004年3月4日付けでした。この記事の焦点の多くはマルチドライブアレイにありますが、制御目的で、この新しいバッチから1台のドライブを当社のリファレンスであるPromise SATA150TX4コントローラで再テストする必要がありました。いくつかの違いが見られました。

パフォーマンスのわずかな低下は明らかです (たとえば、Office DriveMark では約 3%)。最も注目すべきは、Bootup DriveMark の 8% の低下です。 Western Digital の担当者は、違いはファームウェアの改訂によるものであると考えています。 XNUMX つの異なるサンプルを詳しく見ると、次の拡張モデル番号が明らかになります。

 

 

1 番目と XNUMX 番目のサンプルを比較するときは、拡張 MDL 指定の最後の桁の違いに注意してください。 XNUMX 月の単位は XNUMX で終わりますが、XNUMX 月の単位は XNUMX で終わります。変更の理由は何ですか?まず、すべてのメーカーが初期リリース後にすべてのドライブのファームウェアを静かかつ定期的に更新し、バグを修正したり、構成経験が積み重なってパフォーマンスを微調整したりしていることを指摘しておく必要があります。

第 740 に、過去数か月間で痛ましいほどに明らかになったように、SATA コマンド キューイングは、ドライブ メーカーやコントローラー メーカーが同様に製品の調整を続けている間、常に移動するターゲットであることが証明されています。 Pacific Digital、Silicon Image、Promise Technology などのコントローラ メーカーがプレリリース アダプタ サンプルの開発を続ける中、Western Digital などのドライブ メーカーは最良の結果を得るためにファームウェアを再最適化する必要に迫られています。同様に、逆方向にも同じことが当てはまります。 Western Digital は 2003 年 00 月に WD1GD を発表し、昨年 XNUMX 月以降このチャネルを通じて広く入手可能なユニットには TCQ 機能が搭載されていますが、それでも Raptor チームは、ドライブの潜在的なコンパニオン ホスト アダプタを定期的に再評価し、それに応じてファームウェアを再調整するよう努めています。その結果、「XNUMXFLAXNUMX」リビジョンが誕生しました。これは、特定のパフォーマンス基準が非常にわずかに低下するものの、今日の TCQ 対応ホスト アダプタの状態により適したユニットです。

上の図を一目見ると、違いはあるものの、どう見ても些細な違いであることがわかります。主観的に使用する場合、速度の違いに気付かないだけです。特に初期の 00FLA0 リビジョンを入手しようとする試みは、挫折し、無駄になる可能性があります。私たちはその違いに汗をかくつもりはありません。

 

組織について一言

次の結果を提示するのは非常に困難な場合があります。 「全体像」を形成しようとすると、パフォーマンスのさまざまな側面が現れます。他のすべての変数保存キューの深さが一定のままの場合、パフォーマンスはどのように向上しますか?アレイにドライブを追加するとどのようなメリットが得られますか?ストライピングではなくミラーリングを選択すると、パフォーマンスにどのような影響が出ますか?質問のリストは続きます。その結果、私たちは標準の「HTML 生成」グラフの使用を避け、静的なグラフを使用することにしました。収集すべき無数の情報を正確に伝えることができれば幸いです。

それでは早速、結果をいくつか見てみましょう。

 

 

 

キューの深さが増加するにつれてマルチユーザーのパフォーマンスが向上

まず、非常にランダムなStorageReview File Server DriveMarkにおいて、キュー深度(負荷)が増加するにつれてパフォーマンスがどのように変化するかを見ていきます。FS DriveMarkの詳細については、こちらの説明をご覧ください。比較のため、Testbed3の標準であるPromise SATA150TX4 SATAコントローラとAdaptec AHA-29160 SCSIコントローラの結果をシングルドライブ構成で示しています。以下に示すRAID0の結果は、ストライプサイズが64KBの場合です。

 

Promise SATA150TX4 と FastTrak S150 TX4 の両方で動作する Raptor は、キューの深さ 129 で 1 秒あたり 125 I/O という驚異的なパフォーマンスを発揮します。AcceleRaid と組み合わせた Cheetah も同様に、4200 秒あたり 29160 I/O という優れたパフォーマンスを発揮します。ただし、Promise TX112/Raptor および Adaptec 117/Cheetah の組み合わせは、それぞれ XNUMX 秒あたり XNUMX I/O と XNUMX I/O の開始でつまずきます。しかし、深さが深くなると状況は変わり始めます。

負荷が 4 つの未処理 I/O に達するまでに、29160 は AcceleRaid を追い抜き、パックの先頭に浮上します。 FastTrak S150 TX4 と SATA150TX4 は同様のパフォーマンスを維持し続けますが、TX4200 は引き続き後方を維持し、ギャップの一部を埋めることに成功しています。

深さを 16 にすると、かなりの変化が生じます。 Adaptec は、237 秒あたり 4200 I/O という驚異的な速度で、パックの最前線に躍り出ます。 Mylex は順調に拡張し続けていますが、TXXNUMX/Raptor ペアの TCQ 実装はその存在感を感じ始め、わずかに遅れを取っています。

最終的に 64 件の未処理のリクエストという重い負荷に達すると、明確な階層が現れます。 Adaptec SCSI ホスト アダプタは常に人気があり、信頼できる選択肢です。 29160 は、重い負荷がかかった状態で他のコントローラーを無視することによって、優れたパフォーマンスを発揮することも証明しています。 TX4200 と AcceleRaid はそのような高みには到達できませんが、それでも TCQ を備えたサブシステムに期待される負荷下でのスケーリングを実現します。対照的に、XNUMX つの非 TCQ ATA コントローラーはパックの後方に位置しており、未処理の要求が XNUMX つだけ残っている場合の迅速なパフォーマンスとは著しく対照的です。

 

ストライプ フォーマットの 150 つのドライブで構成すると、4 つの RAID コントローラーはすべて同様に起動します。TCQ によるオーバーヘッドがない FastTrak S4 TXXNUMX がわずかにリードします。キューが XNUMX に達するまでにギャップは事実上解消されます。

深さが 16 に達すると、S150 TX4 の傾きは横ばいになります。これは、AcceleRaid や TX4200 よりもスケーリング レートが低いことを示しています。最後に、64 個の I/O では、AcceleRaid と TX4200 は S150 TX4 よりも大きな利点を享受しており、TX4200 は 385 秒あたり XNUMX 個の I/O を達成します。

 

相対的なスケーリング効果は、0 ドライブの RAIDXNUMX セットアップでも同様です。ただし、XNUMX つのコントローラーすべての結果は急勾配を示しており、キューの深さが増加するにつれてアクチュエーター数の増加自体が利点を生み出すことを示しています。

非 TCQ S150 TX4 は、キューが 16 に達するまでに他の 64 つのアダプターに後れを取ります。深さが 4200 の未処理 I/O に達すると、TXXNUMX は再び他のアダプターよりも先に立っています。

 

最後に、0 ドライブの RAID150 セットアップでは、控えめな S4 TX16 が、TCQ 対応アレイと同様に最大 64 個の未処理リクエストまで拡張できます。違いが表面化するのは150歳になるまでです。 S4 TX4200 は横ばいになりますが、AcceleRAID は同じ傾きに沿って拡張し続けます。実際、TXXNUMX は、この最後のレッグの下でわずかに優れた拡張性を示し、それ自体と SCSI ベースのアレイの間に大きなギャップを開きます。

 

 

 

ドライブ数の増加に伴うマルチユーザーのパフォーマンス

RAID0 アレイのドライブ数の増加に応じてコントローラー間のパフォーマンスを比較すると、明らかな結果が得られます。以下のグラフは、他のすべての変数を一定に保ちながらディスクを追加した場合の効果を示しています。以下に示す結果は、64 KB のストライプ サイズを特徴としています。

 

150 秒あたりに実行される I/O 操作を、未処理の I/O が 4 つだけあるストライプ アレイ内のドライブの数と比較すると、傾きは非常に平坦なままです。リクエストがバックアップされて待機していなければ、アクチュエータ数の増加を実感することはできません。このような軽負荷では、アレイ内のドライブの数に関係なく、最もシンプルな設計である Promise の SXNUMX TXXNUMX が最高のパフォーマンスを提供します。

 

未処理の負荷が最大 154 つのリクエストに増加すると、状況は著しく変化します。 135 つのコントローラーはすべて、ドライブがアレイに追加されると、XNUMX 秒あたりの I/O が増加します。ディスクが XNUMX 枚だけの場合、AcceleRaid は XNUMX 秒あたり XNUMX I/O でリードしており、両方の Promise コントローラーは XNUMX 秒あたり約 XNUMX I/O で同様のスコアを記録します。

ただし、2 台目のドライブをアレイに追加すると、AcceleRaid の拡張性は ATA コントローラーよりも若干低くなります。 3 つすべてが互いに非常に近い位置にあります。

ドライブ数が 150 と 4 に達するまでに、AcceleRaid は緩やかな傾斜により両方の Promise コントローラーの背後に留まります。アクチュエータ数の増加により、S4200 TXXNUMX は TCQ 機能の欠如を克服し、比較的小さな差ではありますが、AcceleRaid や TXXNUMX を上回ることができます。

 

キューの深さが 16 の場合、S150 TX4 には TCQ がないため不利になります。アレイにドライブを追加することでパフォーマンスは向上していますが、ほぼすべての点で TX4200 や AcceleRaid に遅れをとっています。唯一の例外は 4 ディスク レベルです。150 台目のドライブを追加すると AcceleRaid がわずかに増加するため、比較的安定した S4 TXXNUMX がギャップを埋めることができます。

 

S150 TX4 は、64 件の未解決のリクエストという一貫した高負荷の下でもほぼ線形のスケーリングを示し続けますが、アレイにドライブを追加するだけでは、TCQ 対応の代替製品との競争を維持するには十分ではありません。

SCSI AcceleRaid は、ドライブが 4200 つだけの SATA TX4200 よりも優れたパフォーマンスを提供します。ただし、アレイにディスクが追加されると、TX13 の拡張性が向上します。その傾きはさらに大きくなり、4 ドライブ アレイでは AcceleRaid を XNUMX% 上回るリードで頂点に達します。

 

 

 

マルチユーザーミラーリング

ドライブ数の増加に応じて RAID0 アレイから抽出された結果は、主に独立したアクチュエータを追加できる直線的な性質により、学術的な観点から興味深いものです。しかし、確かに、運用サーバーでの RAID0 の実際の使用は非常に限られており、パフォーマンスの向上はリスクの大幅な増加によって相殺されてしまいます。 XNUMX ドライブのストライプ アレイで XNUMX 台に障害が発生すると、すべてのデータが失われます。

ミラーリング (RAID1) の可能性が非常に高いシナリオです。このようなアレイでは、すべてのデータが少なくとも 1 つのディスクに書き込まれます。書き込みは同時に行われる必要がありますが、読み取りは同時に行われません。その結果、インテリジェントに設計された RAID コントローラーは、複数のアクチュエーターを使用するときに独立した読み取りを実装することでパフォーマンスを向上させます。 RAID01 は、0 つのドライブに障害が発生した場合でも冗長性の利点を提供すると同時に、10 つの別個の読み取りメカニズムを通じてパフォーマンスの向上も提供します。 RAID01 は、10 セットの RAID01 アレイにわたる冗長性を提供します。一方のアレイに障害が発生しても、データはもう一方のアレイに保持されます。 RAID10 は 10 つのドライブ上のデータをミラーリングし、結果のアレイを別のアレイでストライプ化します。 RAIDXNUMX と RAIDXNUMX は両方とも、XNUMX つの書き込みメカニズムと最大 XNUMX つの読み取りメカニズムによりパフォーマンスを向上させます。 Mylex コントローラは RAIDXNUMX と RAIDXNUMX の両方を提供しますが、Promise ユニットには RAIDXNUMX が組み込まれています。

 

16 つのドライブをミラーリングすると、4200 つのコントローラーすべてで、16 件の未解決リクエストという適度に重い負荷まで、64 秒あたりの配信 I/O 数が大幅に増加しました。ただし、奇妙なことに、負荷 150 から 4 に移行すると、Promise TX1 のパフォーマンスは実際に低下します。一方、SXNUMX TXXNUMX と AcceleRaid は両方とも、予想どおりにスケールし続けます。 AcceleRaid は、最高の全体的な RAIDXNUMX パフォーマンスを簡単に実現します。

ご想像のとおり、ミラー化されたアレイのペア (RAID10) をストライピングすると、パフォーマンスがさらに向上します。ここでは、控えめな S150 TX4 が、未処理のリクエストが 4 件という比較的軽い負荷で、実際に早期に大幅なリードを獲得しました。負荷が 16 に達するまでに、状況はほぼ平準化されます。 64 年までに、S150 TX4 の緩やかな改良により、若干遅れをとってしまいました。 RAID10 構成では、TX4200 は 16 から 64 の間で同様の奇数の低下を示さず、むしろ予想どおりにスケールします。

 

 

 

シングルユーザーのパフォーマンス

反証とな​​る証拠も提示されているものの、過剰なマーケティングと一般的な知識不足が相まって、シングルユーザーワークステーションを使用するパワーユーザーの間でRAIDが普及してしまった。RAID1による冗長性については多くの議論があるものの、RAID0による転送速度の向上や高速なI/Oランダムアクセス性能は、ほとんどの非サーバー用途ではメリットにならない。

同様に、最新の Raptor は卓越したシングルユーザー パフォーマンスを提供しますが、Western Digital は、競合他社に対するシングルユーザーのリードを広げるのではなく、Raptor が実行可能な代替手段としての主張を確実に確立するために、ドライブに TCQ 機能を組み込むことに取り組んできました。従来の SCSI ベースのサーバーの世界。

とはいえ、世界中の多くの読者が、適切なTCQコントローラと組み合わせたRaptorの結果を心待ちにしていることは承知しています。StorageReviewのDesktop DriveMarksは、非サーバー、シングルユーザーアプリケーションにおいてRAIDアレイがどれほどの違いをもたらすかを評価する比類のない機会を提供します。ここでは、RAID、TCQ、SCSI、SATAがパフォーマンスにどのように影響するかを見ていきます。以下に示すRAID0の結果は、ストライプサイズが64KBの場合です。

 

密接に関連した標準 (非 RAID) Promise SATA150TX4 コントローラーと (非 TCQ RAID) Promise S150 TX4 コントローラーの類似点は、4200 つのテストすべてで両方とも同様のスコアを示しているため、非常に明白です。ただし、TCQ 対応の Promise TXXNUMX は明らかな結果をもたらします。 TCQ 対応 ATA コントローラーが最終的に TCQ 対応 ATA ドライブと出会うと、追加の複雑さとオーバーヘッドによって実際にパフォーマンスが低下します。シングルユーザー マシンでマルチタスクとマルチスレッドがどれほど高度になったとしても、アクセス パターン (高度に局所的であるか、高度にランダムであるか) とキューの深さ (ほとんどが低いが時折バーストするか、常に高いか) は根本的に異なることに注意してください。マルチユーザーサーバーから。実際、SCSI の世界における TCQ の完全な成熟度と全体的な一貫した実装が、機械的に優れた SCSI ドライブがシングルユーザー シナリオでつまずく原因の XNUMX つであることは明らかです。

SCSI 側では、Adaptec AHA-29160 と Mylex AcceleRaid 170 が入れ替わります。 29160 はシングル ドライブ、マルチ ユーザー シナリオで優れたパフォーマンスを発揮しますが、AcceleRaid はシングル ユーザー スコア全体で優れています。ただし、TCQ 操作によってハンディキャップを負った場合でも、ラプターは XNUMX つのシングルユーザー テストのうち XNUMX つでチーターに対するリードをなんとか維持していることに注意してください。優れたシングルユーザーの先読みおよび書き戻しバッファ戦略を設計した Western Digital の経験は、引き続き輝き続けています。

次に、ドライブ数の増加に応じて、各アクセス パターンで RAID コントローラーがどのように拡張されるかを調べてみましょう。

 

シングル ドライブ セットアップからデュアル ドライブ ストライプ アレイに移行すると、9 つのコントローラーすべてのパフォーマンスが SR Office DriveMark で 13% ~ 74% 向上します。ただし、この増加の一部は、論理ドライブの容量が 1 GB (146 ドライブ) から 2 GB (XNUMX ドライブ) に XNUMX 倍になることによって表れるということを区別することが重要です。覚えておいてください。 StorageReview デスクトップ ドライブマーク 現実世界のパフォーマンスを再現可能な究極の表現です。したがって、実際の LBA セクター アドレスはテスト全体を通じて要求されます。より大容量のドライブとアレイは、当然のことながら、これらの場所を物理的に近くに詰め込むため、(実際の使用時と同様に) 利点を享受できます。

ドライブを3台に増やすと、効果が著しく低下することがわかります。ディスクを4台に増やすと、実際にはスコアが低下します。テストベッドの32ビット、33MHz PCIバスがストライピングによる効果を制限していると主張する人もいるかもしれませんが、読者は、特にこれらのI/Oレベルでは、そのような制限は重要ではないことを覚えておく必要があります。ドライブ数に関係なく、S150 TX4のシンプルで合理化された動作により、他の2つのコントローラよりもかなりのパフォーマンス上の優位性があります。

 

SR ハイエンド DriveMark は、平均転送サイズが大きいため、ドライブ数が増加するにつれて、Office スイートよりもわずかにメリットが大きくなります。ここでのゲインの範囲は 9% ~ 19% であり、Office テストの場合とは異なり、ドライブ数が完全に平坦になることはありません。ここでも、S150 TX4 は TCQ 対応コントローラーよりも優れたパフォーマンスを提供します。

 

SR Bootup DriveMark は、Microsoft の Windows XP の起動プロセスをキャプチャします。 XP のブート シーケンスは、ドライブ上のデータを並べ替えてリクエストのシーケンスを模倣する (そのため、より多くの順次転送が可能になる) ことと、ストレージ サブシステムにリクエストを大量に送信することでできるだけ高いキュー深度を生成しようとする点 (平均ただし、未処理の 2.39 I/O は、ほとんどのマルチユーザー シナリオと比較するとかなり控えめなままです)。最終的な結果は、ドライブ数の増加によって大きなメリットが得られる唯一の Desktop DriveMark パターンです。アレイに別のドライブを追加すると、パフォーマンスが一貫して向上します。しかし、実際的な利点は依然として疑わしい。 XP ブート プロセスの増加により、POST 電源投入プロセス中に RAID アレイとその関連ドライブによって生成されるオーバーヘッドの増加を克服する必要があります。起動時でも、DriveMark ドライブ数は TCQ よりもはるかに重要であり、S150 TX4 は他のコントローラーに対して一貫してかなりのリードを維持しています。

 

最後に、SR Gaming DriveMark について説明します。これは、677 つの人気のある PC ゲームによって生成されたドライブ アクセスの加重平均です。平坦な傾きは、ゲーム用途では RAID とコマンド キューイングの両方からのメリットが最も少ないことを示しています。実際、毎秒 4 I/O では、Acceleraid 170 で動作する 9 ドライブ Cheetah アレイは、「最も愚かな」SATA コントローラで動作する単一の Raptor よりも XNUMX% 遅れています。

 

 

シングルユーザーミラーリング

 

1 つのドライブにわたるデータのミラーリング (RAID10) と 10 つのミラーのストライピング (RAIDXNUMX) では、Bootup DriveMark でのみ大幅なパフォーマンスの変化が生じます。 XNUMX つのコントローラーはすべて、単一ドライブからミラーリングされたペアに移行する場合と、ミラーリングされたペアから RAIDXNUMX に移行する場合に増加をもたらします。

他のすべてのアクセス パターンでは、150 つのコントローラは所々で非常にわずかな変化を示し、顕著な傾向は見られません。ここでも、TCQ のレベルが低い S4 TXXNUMX が、すべてのミラーリングされた組み合わせで最高のパフォーマンスを提供することに注意してください。

 

 

 

結論

上記に示した大量のデータから、いくつかの結論を導き出すことができます。

1. SATA TCQとSATA RAIDは、SCSI TCQとSCSI RAIDと同様に、サーバー市場に大きなメリットをもたらす可能性を秘めています。Promise FastTrak TX4200とMylex AcceleRaid 170は、それぞれSATAおよびSCSIインターフェース向けのエントリーレベルのRAIDコントローラです。実際、前者はPromiseの現行FastTrak S150 TX4コントローラにSATA TCQ(およびNCQ)機能を追加したものに過ぎません。

他の主要なハードディスクメーカーとは異なり、Western Digital は保護すべき確立された SCSI ベースの製品ラインを持っていません。そのため、同社は、よりコスト重視の ATA インターフェースに関連する価格で SCSI スタイルのメカニズムと機能を提供することで競争上の優位性を得ようとしています。この記事の執筆時点で StorageReview のスポンサーであるHyperMicroで簡単に確認したところ、73 GB Cheetah 10K.6 は 1 台 339 ドル、Raptor WD740GD は 1 台 219 ドル、AcceleRaid 170 は 379 ドルでした。今年 8 月に発売される Promise TX4200 の価格は、置き換えようとしている S150 TX4 と同等になります。HyperMicro では 159 ドルで販売されています。

したがって、次の価格が発生します (ケーブルとアクセサリを除く)。

1356 ドル (339 ドル x チーター 4 台) + 379 ドル (AcceleRaid 170) = 1735 ドル (4 ドライブ SCSI RAID アレイ)
876 ドル (219 ドル x Raptor 4 台) + 159 ドル (FastTrak TX4200) = 1035 ドル (4 ドライブ SATA RAID アレイ)
40 つのアレイ間のコスト差は XNUMX% に達し、実際にはかなり大きな値になります。より安価な SATA ソリューションを選択すると何が犠牲になりますか?結局のところ、SATA のパフォーマンスは同等の SCSI ソリューションと同等であり、場合によってはそれを上回ることが実証されています。

WD は、SCSI ベースのソリューションの速度と拡張性に匹敵するソリューションを提供してきましたが、インフラストラクチャと信頼性という重要な要素にも留意する必要があります。 TCQ 自体と同様、SCSI ハードウェアの成熟度と寿命と比べると、バックプレーンやオールインワン ソリューションなどの SATA サポート ハードウェアはまだ初期段階にあります。また、Western Digital はエンタープライズクラスの 1.2 万時間の MTTF 仕様を主張し、ラプターズを 5 年間の保証でサポートしていますが、このラインはまだ新しく、Seagate の Cheetah シリーズなどの確立されたソリューションと比較すると比較的実証されていないことに留意してください。最後に、上記の価格はストレージ サブシステムのみのコストを表していることに注意してください。マザーボード、CPU、RAM を考慮したサーバー ハードウェアの総コストを考慮すると、差が大幅に薄まる可能性があります。

結局のところ、SATA がエントリーレベルおよびミドルレベルのサーバー市場に侵入する可能性があります。パフォーマンスは間違いなくあります。 Raptor の信頼性が競合他社に匹敵することが証明され、インフラストラクチャやサポート ハードウェアが表面化すれば、WD には有力な候補が現れるでしょう。

2.コマンドキューイングは、シングルユーザー環境ではなく、マルチユーザー環境を支援するためのものです。インテルの9xxチップセットが最近リリースされたことで、世界中の専門家や愛好家が、コマンドキューイングがデスクトップの次の大きなトレンドになると宣言しています。しかし、それは間違いです。FastTrak S150 TX4とTX4200(後者にTCQ機能が追加されている点を除けば同一)の差異からも明らかなように、コマンドキューイングは、最も負荷の高いシングルユーザーマルチタスク処理でさえ発生する、高度に局所化された低深度インスタンスにおいて、パフォーマンス面で見合わないほどの大きなオーバーヘッドをもたらします。実際、SCSIの世界におけるTCQの成熟度と包括的な実装が、機械的には優れているはずのSCSIドライブがATAユニットと比較すると劣る主な理由の1つであることが明らかになりつつあります。上記で紹介した4つのシングルユーザーアクセスパターン、1~4ドライブのRAID0アレイ、およびRAID1/10ミラーリングアレイから得られる24通りの組み合わせのうち、 TCQ非対応のS150 TX4がすべての場合において圧倒的に優れていることを考慮してください。TCQは、すぐ下に記載されている技術と同様に、サーバー専用です。

3. RAIDは、シングルユーザー環境よりもマルチユーザーアプリケーションにおいて遥かに大きな効果を発揮します。パワーユーザーコミュニティの熱狂と、そうしたユーザー層をターゲットとする企業のマーケティング戦略が相まって、2台以上のドライブにデータをストライピングすることで、サーバー以外の用途の大部分においてパフォーマンスが大幅に向上するという、極めて誤った認識が広まっています。これは全くの誤りです。サーバー以外の用途では、たとえマルチタスク処理が頻繁に行われる場合でも、アクセスパターンは低深度で局所化されており、先読みと書き戻しの戦略が主流となります。理論によれば、ストライピングによってパフォーマンスが大幅に向上することはないのです。以前、理論を裏付ける実証的なテストが行​​われました。それでもなお、疑問は残りました。多くの人が、アレイがSATAインターフェースまたはSCSIインターフェースに基づいている場合、結果が何らかの形で異なると非合理的に信じていたのです。しかし、上記のように、結果は同じです。時間、お金、そしてデータを節約するためにも、RAIDはサーバーに使いましょう。

ここでまだ終わりではありません! Pacific Digital Corp. および Highpoint Technologies の競合 SATA TCQ 製品は現在入手可能ですが、Silicon Image のチップセットはまだ出荷製品に組み込まれていません。私たちは今後も他のコントローラー メーカーと協力して、さまざまな製品と組み合わせた Raptor TCQ の結果を読者に提供していきます。 SATA NCQ もちょうど今ゴールデンタイムを迎えています。いつものように、StorageReview がそこにあります。


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