Seagate IronWolf 510 - czy zastosowanie dysków SSD jako pamięci cache jest opłacalne?

CZYM JEST PAMIĘĆ CACHE?

Pamięć cache, zwana pamięcią podręczną lub buforem, jest to obszar na dysku twardym, w którym są przechowywane dane najczęściej wykorzystywane. Obszar ten charakteryzuje się dużo większa prędkością odczytu niż sam dysk, dzięki czemu dostęp do danych w nim umieszczonych jest znacznie krótszy. W zależności od wielkości dysku możemy mieć do czynienia z pamięcią od 128 KB do 128 MB. Zazwyczaj pamięć ta jest podzielona na 2 części:

• obszar podsystemu – odpowiedzialny za odczyt z wyprzedzeniem i buforowanie odczytu
• obszar opóźnionego zapisu

FUNKCJONALNOŚĆ I KORZYŚCI Z PAMIĘCI CACHE

Komunikacja dysku z kontrolerem odbywa się przy pomocy magistrali szybszej niż w najszybszych budowanych dyskach twardych. Umożliwia to przechowywanie danych w buforze oraz przesłanie ich do kontrolera bez konieczności dostępu do nośnika. Cały proces pozytywnie wpływa na prędkość pracy systemu.

DYSK SSD JAKO PAMIĘĆ CACHE

Dyski SSD są bardzo szybkie, jednakże ich cena względem pojemności nadal jest bardzo wysoka. Zastosowanie ich w serwerach NAS oferujących dużą ilość kieszeni na dyski było by dość kosztownym rozwiązaniem. Zatem jak przyspieszyć pracę i jednocześnie nie przepłacić? Rozwiązaniem jest zastosowanie tzw. cache drives - dysków SSD - jako pamięci podręcznej. Zamiast kupować wielu pojemnych i drogich dysków SSD wystarczy kupić jeden lub dwa o znacznie mniejszej pojemności. Takie rozwiązanie pozwala przyspieszyć działanie całej macierzy lub dowolnie wybranego nośnika.

PROCEDURA TESTOWA

Urządzenie LOCKSTOR 8, na którym będziemy przeprowadzać testy, to serwer NAS firmy Asustor, konkretnie model AS6508T.

Wyniki testów wykażą czy zastosowanie dysków SSD jako pamięci podręcznej przyspieszy działanie urządzenia.

W serwerze umieszczono 8 dysków talerzowych HDD. Cztery większe o pojemności ~1,82 TB GB utworzyły wolumin 1 (NAS1), kolejne cztery o pojemności ~500 GB utworzyły wolumin 2 (NAS2). Do utworzenia obu woluminów zastosowano standard RAID 6. Jako cache zamontowano dysk SSD M.2 Seagate IronWolf 510 o pojemności 1,92 TB.

Oba woluminy zostały zamontowane poprzez iSCSI w komputerze z Windows 10, dzięki czemu widnieją jako „fizyczne” dyski.

Pierwszy test to standardowe kopiowanie obustronne, czyli kopiowanie plików z zamontowanych dysków, na dysk lokalny komputera i z powrotem. Mierzymy przy tym czas i prędkość kopiowania w 2 wariantach: 1) bez zamontowanego dysku cache, 2) z zamontowanym dyskiem cache. Wykorzystano w tym celu 6288 zdjęć w formacie JPG oraz jeden plik o rozmiarze 3,7 GB stworzony przy użyciu narzędzia dostępnego w systemie Windows o nazwie fsutil.

Drugi test został opracowany z wykorzystaniem ATTO Disk Benchmark w wersji 4.01.0f1, który zmierzł prędkość odczytu i zapisu na dyskach. Test przeprowadzony został także w 2 wariantach - bez dysku cache i z dyskiem.

Trzecim i ostatnim testem jest weryfikacja czasu i prędkości kopiowania plików o wadze 43 GB, w obrębie tego samego woluminu jednakże wykorzystując do tego interfejs dostępny w serwerze NAS, do którego dostaliśmy się przez przeglądarkę internetową. Tu także przewidzieliśmy 2 warianty - bez dysku cache i z podpiętym dyskiem cache.

SPECYFIKACJA PLATFORMY TESTOWEJ

• Procesor : Intel Atom 2.10 GHz Quad Core
• RAM : 8 GB DDR4 – 2133 SO DIMM
• Karty sieciowe : Dual Intel 10-Gigabit Ethernet oraz Dual Realtek 2,5-Gigabit Ethernet
• Liczba kieszeni na dyski SATA : 8
• Liczba portów na dyski M.2 Cache : 2

SPECYFIKACJA DYSKU SEAGATE IRONWOLF 510

• Pojemność: 1,92 TB
• Format: M.2
• Interfejs: PCIe NVMe 3.0 x4
• Prędkość odczytu (max): 3150 MB/s
• Prędkość zapisu (max): 850 MB/s
• Odczyt losowy: 290 000 IOPS
• Zapis losowy: 27,000 IOPS
• Typ kości: TLC
• MTBF: 1 800 000 godz.

TESTY

Test 1. Kopiowanie plików (1 plik 3,7 GB oraz zdjęcia 30,4 GB)

a) bez zamontowanego dysku SSD cache

b) z zamontowanym dyskiem SSD cache

Test 2. ATTO Disk Benchmark

Test 3. Kopiowanie w obrębie woluminu w środowisku NAS

SEAGATE IRONWOLF 510 SSD

Do wykorzystania w testach redakcja otrzymała 2 dyski firmy Seagate, a konkretnie modele IronWolf 510 o pojemności 480 GB i 1,92 TB. Poza tymi 2 wariantami IronWolf 510 występuje jeszcze w opcji 240 GB oraz 960 GB. Poniżej prezentowana jest tabelka ze specyfikacją każdego z 4 wymienionych wariantów.

Warto podkreślić, że dyski IronWolf 510 dają możliwość jednokrotnego, pełnego dziennego zapisu tzw. DWPD (device/drive writes per day) całej pojemności pamięci. Jest to bardzo rzadko spotykana cecha, która dość wyraźnie sugeruje zakładany przez producenta poziom trwałości i wydajności. Dodatkowo oprogramowanie IHM (IronWolf Health Managment), działające w popularnych systemach serwerów NAS, zapewnia konserwacje dysków IronWolf. IHM może zapobiegać negatywnemu wpływowi zakłóceń zewnętrznych na stan serwera NAS i dysków w nim zamontowanych. W momencie gdy system wykryje jakieś nieprawidłowości z dyskiem, IMH zainterweniuje i sporządzi kopie zapasową danych.

PODSUMOWANIE

Jak widać po przeprowadzonych testach, użycie dysków SSD jako pamięci cache, nie przyspieszy nam wszystkich możliwych operacji, ale na pewno będzie miało pozytywny wpływ na szybkość operacji powtarzalnych. Możemy do nich zaliczyć uruchamianie aplikacji, pracę z ciężkimi bazami danych czy nawet ładowanie map w grach.

Uzyskanie korzystnych rezultatów wymaga sytuacji, w której dane przynajmniej raz trafiają do pamięci cache, by następnie mogły być z niej bezpośrednio odczytane. Naszym zdaniem zastosowanie dysków SSD Seagate IronWolf 510 jako pamięci podręcznej jest rozwiązaniem opłacalnym. Pozwala niewielkim kosztem znacznie przyspieszyć działania odczytu i zapisu na starszych dyskach talerzowych HDD, umożliwiając tym samym prosty ale skuteczny upgrade posiadanej już infrastruktury.