I/O Performance Vergleich von Festplatten mit SSDs und Fusion-io ioDrive

Hinweis: Bitte beachten Sie, dass dieser Artikel / diese Kategorie sich entweder auf ältere Software/Hardware Komponenten bezieht oder aus sonstigen Gründen nicht mehr gewartet wird. Diese Seite wird nicht mehr aktualisiert und ist rein zu Referenzzwecken noch hier im Archiv abrufbar.

In diesen I/O-Performance Tests mit fio vergleichen wir die I/O Performance von Festplatten mit SSDs und einem Fusion-io ioDrive. Dabei testen wir auch jeweils ein RAID5 von 4 Festplatten bzw. 4 SSDs. Weitere Informationen zum Durchführen von I/O-Tests finden Sie im Artikel Messen von I/O Performance.

Fazit

In unseren Tests kamen wir zu folgenden Ergebnissen:

• Einzelne Festplatten sowie RAID-Systeme mit Festplatten haben am Anfang des Devices eine höhere IOPS und Durchsatz-Performance als am Ende. Da Festplatten von außen nach innen beschrieben werden, liegt der Anfang der Festplatte auf den äußeren Spuren. Gründe für die höhere Performance am Anfang sind die kürzeren notwendige Wege des Schreib/Lese-Kopfs (IOPS Performance) sowie die höhere Bahngeschwindigkeit auf den äußeren Spuren bei konstanter Drehzahl der Festplatte (Durchsatz-Performance).
• Flash-Speicher (SSDs, Fusion-io ioDrive) ermöglichen im Vergleich zu Festplatten weitaus höhere Input/Outputs pro Sekunde. Vor allem bei zufällig verteilten Zugriffen schlagen Flash-Speicher Festplatten deutlich, da hier keine mechanischen Bewegungen wie bei Festplatten (Bewegung des Schreib/Lese-Kopfs) notwendig sind.
• Zwischen den einzelnen Tests haben wir in unserem Testskript jeweils eine 30 Sekunden Pause eingebaut. Die Pause dient dazu, Durchsatz-Messwerte von Schreibtests bei Flash-basierten Speicher nicht zu verfälschen. Bei ununterbrochenen Dauer-Schreibtests hätte der SSD Controller nicht ausreichend Zeit um per Garbage Collection wieder freie Blöcke zu schaffen (siehe auch Spare Area). Ununterbrochene Dauer-Schreibtests entsprächen auch kaum einem realistischen Lastverhalten.
• Die Kosten pro GByte sind bei Flash-Speicher nach wie vor deutlich höher als bei herkömmlichen Festplatten.
• Je nach Anforderung haben also weiterhin sowohl Festplatten als auch Flash-Speicher ihre Daseinsberechtigung.

Testsystem

Wir haben alle Tests mit dem folgendem Serversystem durchgeführt:

Testsystem
Chassis	SC846 SAS2 (Backplane mit Expander-Chip)
Mainboard	Supermicro X8DT3-F, BIOS-Version 1.1b
CPU	2 x Intel Xeon X5680
RAM	12x4 GByte
RAID-Controller	3ware 9750 SAS2, Firmware Version: FH9X 5.08.00.008, ohne BBU

Tests

WDC WD5002ABYS Festplatte

Write Cache off

Testfall Maximale Laufzeit pro Test: 60 Sekunden Pause zwischen Tests: 30 Sekunden			Lesen			Schreiben			Testnr.
			1 Job	4 Jobs	64 Jobs	1 Job	4 Jobs	64 Jobs
IOPS	Sequential	Gesamt	10.443	7.316	n/a	119	235	n/a	1
		10% Anfang	10.380	7.350	n/a	119	235	n/a	2
	Random	Gesamt	82	82	n/a	77	77	n/a	3
		10% Anfang	130	130	n/a	113	115	n/a	4
Durchsatz	Sequential	5 GByte Anfang	109 MB/s	123 MB/s	n/a	38,9 MB/s	39,7 MB/s	n/a	5
		5 GByte Ende	60,2 MB/s	116 MB/s	n/a	29,4 MB/s	31,6 MB/s	n/a	6
		Ganzes Device	109 MB/s	124 MB/s	n/a	38,9 MB/s	39,6 MB/s	n/a	7
	Random	5 GByte Anfang	60,7 MB/s	60,7 MB/s	n/a	40,0 MB/s	40,3 MB/s	n/a	8
		5 GByte Ende	41,2 MB/s	41,1 MB/s	n/a	30,5 MB/s	30,6 MB/s	n/a	9
		Ganzes Device	42,3 MB/s	42,6 MB/s	n/a	30,4 MB/s	30,5 MB/s	n/a	10
Testprotokoll			Testprotokoll zum Download

Write Cache on

Testfall Maximale Laufzeit pro Test: 60 Sekunden Pause zwischen Tests: 30 Sekunden			Lesen			Schreiben			Testnr.
			1 Job	4 Jobs	64 Jobs	1 Job	4 Jobs	64 Jobs
IOPS	Sequential	Gesamt	10.459	7.335	n/a	9.219	6.387	n/a	1
		10% Anfang	10.431	7.353	n/a	9.251	7.785	n/a	2
	Random	Gesamt	82	83	n/a	179	178	n/a	3
		10% Anfang	130	130	n/a	248	247	n/a	4
Durchsatz	Sequential	5 GByte Anfang	108 MB/s	121 MB/s	n/a	111 MB/s	96,9 MB/s	n/a	5
		5 GByte Ende	60,1 MB/s	112 MB/s	n/a	59,2 MB/s	69,5 MB/s	n/a	6
		Ganzes Device	108 MB/s	155 MB/s	n/a	112 MB/s	95,9 MB/s	n/a	7
	Random	5 GByte Anfang	60,5 MB/s	60,3 MB/s	n/a	76,5 MB/s	76,4 MB/s	n/a	8
		5 GByte Ende	41,0 MB/s	41,4 MB/s	n/a	47,9 MB/s	48,3 MB/s	n/a	9
		Ganzes Device	42,0 MB/s	42,0 MB/s	n/a	51,5 MB/s	51,6 MB/s	n/a	10
Testprotokoll			Testprotokoll zum Download

Intel SSDSA2M160G2GC SSD

Write Cache off - Secure Erase

• Vor dem Test haben wir ein Secure Erase der SSD durchgeführt.

Testfall Maximale Laufzeit pro Test: 60 Sekunden Pause zwischen Tests: 30 Sekunden			Lesen			Schreiben			Testnr.
			1 Job	4 Jobs	64 Jobs	1 Job	4 Jobs	64 Jobs
IOPS	Sequential	Gesamt	9.602	17.221	n/a	930	932	n/a	1
		10% Anfang	13.041	17.562	n/a	943	942	n/a	2
	Random	Gesamt	10.567	21.517	n/a	967	948	n/a	3
		10% Anfang	9.505	21.286	n/a	929	932	n/a	4
Durchsatz	Sequential	5 GByte Anfang	254,4 MB/s	256,0 MB/s	n/a	83,7 MB/s	91,8 MB/s	n/a	5
		5 GByte Ende	253,3 MB/s	256,1 MB/s	n/a	90,2 MB/s	91,0 MB/s	n/a	6
		Ganzes Device	253,5 MB/s	255,3 MB/s	n/a	87,8 MB/s	87,2 MB/s	n/a	7
	Random	5 GByte Anfang	252,3 MB/s	260,1 MB/s	n/a	86,9 MB/s	89,9 MB/s	n/a	8
		5 GByte Ende	251,6 MB/s	260,9 MB/s	n/a	87,1 MB/s	89,5 MB/s	n/a	9
		Ganzes Device	254,6 MB/s	261,4 MB/s	n/a	89,5 MB/s	89,0 MB/s	n/a	10
Testprotokoll			Testprotokoll zum Download

Write Cache off

• Wir haben das Device vor dem Test mehrfach vollständig beschrieben.
• Die Messwerte beim Schreiben entsprechen somit einen worst-case-Szenario.

Testfall Maximale Laufzeit pro Test: 60 Sekunden Pause zwischen Tests: 30 Sekunden			Lesen			Schreiben			Testnr.
			1 Job	4 Jobs	64 Jobs	1 Job	4 Jobs	64 Jobs
IOPS	Sequential	Gesamt	10.202	10.268	n/a	902	345	n/a	1
		10% Anfang	10.111	10.221	n/a	908	619	n/a	2
	Random	Gesamt	4.299	4.392	n/a	560	666	n/a	3
		10% Anfang	4.217	4.575	n/a	630	635	n/a	4
Durchsatz	Sequential	5 GByte Anfang	247,9 MB/s	237,0 MB/s	n/a	13,8 MB/s	22,0 MB/s	n/a	5
		5 GByte Ende	248,4 MB/s	238,8 MB/s	n/a	12,1 MB/s	21,3 MB/s	n/a	6
		Ganzes Device	247,4 MB/s	238,5 MB/s	n/a	21,7 MB/s	14,2 MB/s	n/a	7
	Random	5 GByte Anfang	236,2 MB/s	244,0 MB/s	n/a	22,1 MB/s	26,5 MB/s	n/a	8
		5 GByte Ende	238,4 MB/s	248,2 MB/s	n/a	16,2 MB/s	20,3 MB/s	n/a	9
		Ganzes Device	237,8 MB/s	246,4 MB/s	n/a	13,7 MB/s	17,8 MB/s	n/a	10
Testprotokoll			Testprotokoll zum Download

Write Cache on

• Wir haben das Device vor dem Test mehrfach vollständig beschrieben.
• Die Messwerte beim Schreiben entsprechen somit einen worst-case-Szenario.

Testfall Maximale Laufzeit pro Test: 60 Sekunden Pause zwischen Tests: 30 Sekunden			Lesen			Schreiben			Testnr.
			1 Job	4 Jobs	64 Jobs	1 Job	4 Jobs	64 Jobs
IOPS	Sequential	Gesamt	10.362	4877	n/a	4078	2384	n/a	1
		10% Anfang	10.358	4886	n/a	6140	3346	n/a	2
	Random	Gesamt	4.278	6500	n/a	1441	1835	n/a	3
		10% Anfang	4.222	6500	n/a	1315	1395	n/a	4
Durchsatz	Sequential	5 GByte Anfang	244,4 MB/s	238,6 MB/s	n/a	34,4 MB/s	18,9 MB/s	n/a	5
		5 GByte Ende	245,5 MB/s	238,6 MB/s	n/a	19,3 MB/s	23,9 MB/s	n/a	6
		Ganzes Device	245,8 MB/s	238,2 MB/s	n/a	30,4 MB/s	29,6 MB/s	n/a	7
	Random	5 GByte Anfang	232,9 MB/s	246,2 MB/s	n/a	22,4 MB/s	23,5 MB/s	n/a	8
		5 GByte Ende	235,6 MB/s	244,3 MB/s	n/a	18,4 MB/s	21,3 MB/s	n/a	9
		Ganzes Device	235,9 MB/s	242,4 MB/s	n/a	16,2 MB/s	21,9 MB/s	n/a	10
Testprotokoll			Testprotokoll zum Download

RAID5 aus vier HITACHI HUS156060VL Festplatten

• Testkonfiguration: 3ware-Hitachi-HUS156060VL-RAID5-config.txt
• Die hohen IOPS Werte für Sequential Zugriffe werden durch Read-Ahead (beim Lesen) und durch den Cache des RAID-Controllers (beim Schreiben) erreicht.
• Die IOPS Performance ist höher wenn nur der vordere Teil des Devices verwendet wird. Dabei werden von den einzelnen Festplatten nur die äußeren Spuren verwendet.
• Die Durchsatz Performance ist ebenfalls höher wenn nur der vordere Teil des Devices verwendet wird.

Testfall Maximale Laufzeit pro Test: 60 Sekunden Pause zwischen Tests: 30 Sekunden			Lesen			Schreiben			Testnr.
			1 Job	4 Jobs	64 Jobs	1 Job	4 Jobs	64 Jobs
IOPS	Sequential	Gesamt	32.960	46.061	n/a	31.477	48.231	n/a	1
		10% Anfang	32.981	46.190	n/a	31.577	48.576	n/a	2
	Random	Gesamt	178	496	n/a	373	482	n/a	3
		10% Anfang	266	747	n/a	646	648	n/a	4
Durchsatz	Sequential	5 GByte Anfang	553 MB/s	2.281 MB/s	n/a	573 MB/s	1.619 MB/s	n/a	5
		5 GByte Ende	335 MB/s	1.176 MB/s	n/a	344 MB/s	1.372 MB/s	n/a	6
		Ganzes Device	554 MB/s	745 MB/s	n/a	566 MB/s	1.616 MB/s	n/a	7
	Random	5 GByte Anfang	80,7 MB/s	127 MB/s	n/a	193 MB/s	197 MB/s	n/a	8
		5 GByte Ende	63,9 MB/s	90,2 MB/s	n/a	142 MB/s	142 MB/s	n/a	9
		Ganzes Device	66,5 MB/s	80,6 MB/s	n/a	112 MB/s	112 MB/s	n/a	10
Testprotokoll			Testprotokoll zum Download

RAID5 aus vier ATP Velocity SII SSDs

• Testkonfiguration: 3ware-ATP-Velocity-SII-SSD-RAID5-config.txt
• Bei den zufällig verteilten Random Tests zeigen die SSDs eine deutlich höhere Performance als Festplatten.

Testfall Maximale Laufzeit pro Test: 60 Sekunden Pause zwischen Tests: 30 Sekunden			Lesen			Schreiben			Testnr.
			1 Job	4 Jobs	64 Jobs	1 Job	4 Jobs	64 Jobs
IOPS	Sequential	Gesamt	33.310	59,486	130.000	31.628	48.097	60.303	1
		10% Anfang	33.235	104.000	131.000	31.557	48.529	61.857	2
	Random	Gesamt	8.196	29.002	44.598	2.763	2.884	2.843	3
		10% Anfang	8.356	28.796	42.555	2.785	2.747	2.657	4
Durchsatz	Sequential	5 GByte Anfang	463 MB/s	2.103 MB/s	2.454 MB/s	478 MB/s	1.294 MB/s	2.406 MB/s	5
		5 GByte Ende	449 MB/s	938 MB/s	2.454 MB/s	676 MB/s	1.651 MB/s	2.446 MB/s	6
		Ganzes Device	496 MB/s	1.294 MB/s	2.478 MB/s	313 MB/s	1.313 MB/s	2.435 MB/s	7
	Random	5 GByte Anfang	273 MB/s	306 MB/s	477 MB/s	342 MB/s	273 MB/s	239 MB/s	8
		5 GByte Ende	246 MB/s	266 MB/s	429 MB/s	352 MB/s	270 MB/s	254 MB/s	9
		Ganzes Device	170 MB/s	176 MB/s	306 MB/s	121 MB/s	133 MB/s	117 MB/s	10
Testprotokoll			Testprotokoll zum Download

Fusion-io ioDrive

• Testkonfiguration: Fusion-FS1-002-321-CS-config.txt
• Wir haben das Device vor dem Test mehrfach vollständig beschrieben.
• Mit längeren Pausen zwischen den einzelnen Tests konnten wir noch höhere Durchsatzraten beobachten wie dieser Test zeigt. Dabei haben wir zuvor ununterbrochen das Device vollgeschrieben. Die Durchsatzrate beim anschließenden Schreiben (Random Durchsatz Test mit 64 Jobs) betrug 161 MB/s, stieg nach einer kurzen Pause aber wieder auf 397 MB/s und danach auf 488 MB/s. Offenbar löscht der Controller in der Zwischenzeit die ungültigen Pages im Spare Bereich, die dann wieder zum direkten Beschreiben bereitstehen. Bei realen Lastverhalten wird es daher kaum zu Rückgängen der Dursatzrate kommen. Sie können daher in der Praxis durchaus höhere Werte erreichen als unsere Tests unten zeigen.

Testfall Maximale Laufzeit pro Test: 60 Sekunden Pause zwischen Tests: 30 Sekunden			Lesen			Schreiben			Testnr.
			1 Job	4 Jobs	64 Jobs	1 Job	4 Jobs	64 Jobs
IOPS	Sequential	Gesamt	23.777	57.189	63.457	19.916	71.797	198.000	1
		10% Anfang	22.942	43.676	71.729	20.778	74.493	188.000	2
	Random	Gesamt	12.293	38.191	74.366	19.964	61.400	137.000	3
		10% Anfang	11.907	37.219	70.475	18.686	64.126	128.000	4
Durchsatz	Sequential	5 GByte Anfang	682 MB/s	729 MB/s	751 MB/s	478 MB/s	353 MB/s	402 MB/s	5
		5 GByte Ende	631 MB/s	750 MB/s	752 MB/s	493 MB/s	269 MB/s	427 MB/s	6
		Ganzes Device	658 MB/s	722 MB/s	754 MB/s	487 MB/s	343 MB/s	433 MB/s	7
	Random	5 GByte Anfang	665 MB/s	722 MB/s	751 MB/s	492 MB/s	416 MB/s	307 MB/s	8
		5 GByte Ende	685 MB/s	750 MB/s	749 MB/s	481 MB/s	446 MB/s	266 MB/s	9
		Ganzes Device	682 MB/s	735 MB/s	749 MB/s	469 MB/s	303 MB/s	171 MB/s	10
Testprotokoll			Testprotokoll zum Download

Weitere Tests mit Intel SSD 320er Serie

Testsystem

Wir haben weitere Tests mit folgendem Serversystem durchgeführt:

Testsystem
Chassis	SC826Server (Nehalem) (Backplane mit Expander-Chip)
Mainboard	Supermicro X8DT3-LN4F, BIOS-Version 1.0c
CPU	2x Intel Xeon Quad Core X5570 2,93GHz 8MB 6.4GT/s (Nehalem)
RAM	48 GB ECC Registered DDR3 RAM 2 Rank ATP (12x 4096 MB)
RAID-Controller	Adaptec ASR5405Z 4x SAS/SATA (0,1,1E,5,5EE,6,10,50,60) inkl. ZMCP, Firmware Version: 5.2-0 (18252)

Tests

Die SSD wird direkt am Adaptec RAID Controller angeschlossen. Da diese SSD-Serie Vorkehrungen gegen den Datenverlust bei einem Stromausfall getroffen hat, kann der Write Cache der SSD auf "Enabled (write-back)" gestellt werden. Aus der SSD wird ein "Simple Volume" mit dem RAID Controller erstellt.

Intel SSDSA2CW160G310 SSD (Intel 320 Series SSDs)

Logical device Read-cache und Write-cache "enabled"

Testfall Maximale Laufzeit pro Test: 60 Sekunden Pause zwischen Tests: 30 Sekunden			Lesen			Schreiben			Testnr.
			1 Job	4 Jobs	64 Jobs	1 Job	4 Jobs	64 Jobs
IOPS	Sequential	Gesamt	23.055	44.530	n/a	21.581	50.227	n/a	1
		10% Anfang	22.970	44.969	n/a	21.623	50.112	n/a	2
	Random	Gesamt	6.674	17.379	n/a	11.863	11.857	n/a	3
		10% Anfang	6.721	17.380	n/a	12.338	12.193	n/a	4
Durchsatz	Sequential	5 GByte Anfang	263,9 MB/s	935,3 MB/s	n/a	167,8 MB/s	501,4 MB/s	n/a	5
		5 GByte Ende	264 MB/s	937,9 MB/s	n/a	171,1 MB/s	675,9 MB/s	n/a	6
		Ganzes Device	264,1 MB/s	918,9 MB/s	n/a	165,2 MB/s	649 MB/s	n/a	7
	Random	5 GByte Anfang	238,9 MB/s	258,2 MB/s	n/a	167,1 MB/s	168,9 MB/s	n/a	8
		5 GByte Ende	238,9 MB/s	258,1 MB/s	n/a	166,6 MB/s	169 MB/s	n/a	9
		Ganzes Device	242,8 MB/s	258,6 MB/s	n/a	166,6 MB/s	164 MB/s	n/a	10
Testprotokoll			Testprotokoll zum Download

Logical device Read-cache und Write-cache "disabled"

Testfall Maximale Laufzeit pro Test: 60 Sekunden Pause zwischen Tests: 30 Sekunden			Lesen			Schreiben			Testnr.
			1 Job	4 Jobs	64 Jobs	1 Job	4 Jobs	64 Jobs
IOPS	Sequential	Gesamt	6.909	11.733	n/a	5.983	10.108	n/a	1
		10% Anfang	6.924	11.596	n/a	5.946	9.825	n/a	2
	Random	Gesamt	3.665	11.455	n/a	5.391	10.184	n/a	3
		10% Anfang	3.656	11.431	n/a	5.346	10.144	n/a	4
Durchsatz	Sequential	5 GByte Anfang	244,1 MB/s	239,8 MB/s	n/a	158,2 MB/s	164,7 MB/s	n/a	5
		5 GByte Ende	239,8 MB/s	239,8 MB/s	n/a	158,3 MB/s	166,1 MB/s	n/a	6
		Ganzes Device	236,1 MB/s	239,9 MB/s	n/a	159,6 MB/s	162,2 MB/s	n/a	7
	Random	5 GByte Anfang	216,3 MB/s	251,6 MB/s	n/a	159,4 MB/s	163 MB/s	n/a	8
		5 GByte Ende	215,8 MB/s	251,9 MB/s	n/a	159,6 MB/s	161,2 MB/s	n/a	9
		Ganzes Device	217,3 MB/s	252,3 MB/s	n/a	159 MB/s	160,2 MB/s	n/a	10
Testprotokoll			Testprotokoll zum Download

Anmerkungen

Autor: Werner Fischer Werner Fischer arbeitet im Product Management Team von Thomas-Krenn. Er evaluiert dabei neueste Technologien und teilt sein Wissen in Fachartikeln, bei Konferenzen und im Thomas-Krenn Wiki. Bereits 2005 - ein Jahr nach seinem Abschluss des Studiums zu Computer- und Mediensicherheit an der FH Hagenberg - heuerte er beim bayerischen Server-Hersteller an. Als Öffi-Fan nutzt er gerne Bus & Bahn und genießt seinen morgendlichen Spaziergang ins Büro.