SSD RAID Performance-Tests

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Der folgende Artikel präsentiert die Ergebnisse von Performance-Tests mit Avago RAID-Controllern und Linux Software-RAID unter Einsatz von SSDs. Die Performance-Werte stammen von Tests mit der Open Source Software TKperf, die von Thomas-Krenn entwickelt wird. Um SSD-RAIDs optimal zu betreiben, müssen die Charakteristika der unterschiedlichen RAID-Level beachtet werden. Dieser Artikel analysiert, wie RAID-Controller (HWR) und Software-RAID (SWR) im Zusammenspiel mit SSDs abschneiden und welche RAID-Level die beste Performance liefern.

Testsystem

Server	2HE Intel Single-CPU SC825 Server (Version 3.2)
Mainboard	Supermicro X9SCM-F Mainboard
CPU	Intel Xeon 4-Core E3-1220V2 3,1GHz 8MB 5GT/s
Hauptspeicher	8 GB ECC DDR3 1600 RAM 2 Rank ATP (2x 4096 MB)
SSDs	80GB Intel DC S3500 Series SSDs
RAID-Controller	Avago MegaRAID 12Gbs RAID Controller (Modell 9361-4i)
Betriebssystem	Ubuntu Server 14.04 (64-bit) mit Kernel 3.13
Testsoftware	TKperf 2.0 mit Fio 2.1.3

Hinweise zur SSD:

• Die Performance einer SSD hängt auch von ihrer Größe ab.
• Der maximale Schreib-Durchsatz des verwendeten 80GB Modells liegt bei 100MB/s.

Hinweise zum RAID-Controller:

• Bei den Tests wurde am RAID-Controller Read-Ahead deaktiviert und der Controller Cache auf Write-Through gestellt. Mit diesen Einstellungen liefern SSD-RAIDs die höchsten IOPS-Werte. Detaillierte Hintergrundinformationen zu diesen Einstellungen finden Sie in zwei Publikationen von Intel.

RAID 1

RAID 1 profitiert bei Lesezugriffen davon, dass von beiden SSDs gelesen werden kann. Beim Schreiben müssen Daten auf beiden SSDs angekommen sein, bevor der Schreibvorgang abgeschlossen ist. Die Grafiken zeigen, dass RAID 1 die Latenzen nur minimal erhöht, der RAID-Controller aber einen fixen Latenz-Overhead aufweist. Bezüglich IOPS wird bei zufälligem Lesen nicht das doppelte einer SSD erreicht, bei zufälligem Schreiben ist auch mit Einbußen gegenüber einer SSD zu rechnen.

RAID 1
IOPS-Test, 4K zufällige Zugriffe	Lesen: SWR 1,5 Mal so schnell wie eine einzelne SSD, HWR 1,7 Mal so schnell Schreiben und 50/50 mixed: Performance-Einbußen von 30% gegenüber einer einzelnen SSD
Latenz-Test, 4K zufällige Zugriffe	SWR zeigt minimale Latenz-Erhöhung (~0,005ms) HWR erhöht Latenz um ca. 0,04ms

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RAID 5

Die Paritätsdaten von RAID 5 lassen beim zufälligen Schreiben die IOPS-Zahlen der SSDs einbrechen. Die Schreib-Latenzen werden durch die Berechnung der Paritäten ebenso erhöht. Der RAID-Controller hat bei den Lese-IOPS einen leichten Vorsprung, SWR holt bei zufälligen Schreibzugriffen jedoch auf und liegt ~4000 IOPS voran.

RAID 5
IOPS-Test, 4K zufällige Zugriffe	Lesen: 4 SSDs 2,4 Mal so schnell wie eine SSD Schreiben: 3 SSDs so schnell wie eine SSD Lesen: 3 und 4 SSDs IOPS bei HWR höher als bei SWR Schreiben und 50/50 mixed: Bei 3 SSDs HWR und SWR gleichauf, bei 4 SSDs SWR um 4000 IOPS voran
Latenz-Test, 4K zufällige Zugriffe	Lesen: SWR zeigt minimale Latenz-Erhöhung (~0,005ms), HWR erhöht Latenz um ca. 0,04ms 65/35 mixed: HWR erhöht Latenz um ~0,1ms, SWR um ~0,05ms Schreiben: Latenz erhöht sich gegenüber Lesen um mehr als 0,2ms Eine einzelne SSD hat aufgrund Schreib-Cache 1/10 der Latenzen von RAID 5

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RAID 10

RAID 10 wurde nur mit dem RAID-Controller bzw. HWR getestet. Die Latenzen sind bei RAID 10 auf sehr geringem Niveau und nur ~0,01ms über der nativen SSD. Beim IOPS-Test liegen die Werte für zufälliges Lesen 60% über der einzelnen SSD, bei Schreiben 46% darüber.

RAID 10
IOPS-Test, 4K zufällige Zugriffe	Lesen und 50/50 mixed: 4 SSDs 1,6 Mal so schnell wie eine SSD Lesen: Um ~35% langsamer als RAID 5 mit 4 SSDs Schreiben: 4 SSDs 1,46 Mal so schnell wie eine SSD, und 1,38 Mal so schnell wie RAID 5
Latenz-Test, 4K zufällige Zugriffe	RAID 10 erhöht Latenz bei allen Tests um nur ~0,01ms im Vergleich zu einer SSD. 65/35 mixed: Latenzen von RAID 5 mit 4 SSDs sind, im Vergleich zu RAID 10, fast 2 Mal so hoch Schreiben: Latenzen von RAID 5 mit 4 SSDs sind, im Vergleich zu RAID 10,6 Mal so hoch

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TKperf PDF-Reports

Alle Performance-Tests wurden mit TKperf durchgeführt. Die PDF-Reports gibt es über die unten stehenden Links als Download, eine nähere Beschreibung der Tests finden Sie im Artikel TKperf Testabläufe.

Möchten Sie eigene Tests mit TKperf durchführen, konsultieren Sie die Anleitung TKperf Installation. Zahlreiche SSD-Tests inkl. deren Reports finden Sie auch im TKmag unter Unsere TKperf Performance-Ergebnisse in der Übersicht.

Intel DC S3500	Intel DC S3500 80GB, direkt am Mainboard über SATA Intel DC S3500 80GB Avago RAID 0, SSD als JBOD
Avago RAID	RAID 1 RAID 5, 3 SSDs RAID 5, 4 SSDs RAID 10, 4 SSDs RAID 5, 4 SSDs AWB aktiviert RAID 5, 4 SSDs RA aktiviert
Linux Software RAID	RAID 1 RAID 5, 3 SSDs RAID 5, 4 SSDs RAID 5, 4 SSDs CFQ-Scheduler aktiviert

Einzelnachweise

Autor: Georg Schönberger Georg Schönberger, Abteilung DevOps bei der XORTEX eBusiness GmbH, absolvierte an der FH OÖ am Campus Hagenberg sein Studium zum Bachelor Computer- und Mediensicherheit, Studium Master Sichere Informationssysteme. Seit 2015 ist Georg bei XORTEX beschäftigt und arbeitet sehr lösungsorientiert und hat keine Angst vor schwierigen Aufgaben. Zu seinen Hobbys zählt neben Linux auch Tennis, Klettern und Reisen.