Serwery plików NAS

Testy wydajności

opublikowano przez Wojciech Spychała w dniu 2019-07-24

Czy M.2 w NAS to "przerost formy nad treścią"?

Do przeprowadzenia testów wykorzystaliśmy (jak wcześniej wspomniano):

  • trzy dyski HDD, model WD RED, każdy o pojemności 1 TB,
  • dysk SSD, model WD Black M.2, o pojemności 256 GB,
  • dysk SSD, model WD Black M.2, o pojemności 512 GB.

Dziękujemy firmie WD za dostarczenie dysków. Dyski HDD zostały spięte w macierz RAID 5, większy z dysków SSD wykorzystaliśmy, aby uruchomić funkcję buforowania, a mniejszy z SSD posłużył do testów jako samodzielna partycja.

1. Kup NAS z obsługą SSD M.2
2. Zamontuj szybki dysk M.2 z NVMe
3. Zorientuj się że NAS ma tylko 1Gb Ethernet
4. ???
5. Brak profitu.

Testy rozpoczęliśmy od sprawdzenia wydajności karty sieciowej, aby się upewnić, czy dodatkowo ponad swoją specyfikację nie będzie ograniczać szybkości transferu – co nie było tak oczywiste, bo wiele typowych NASów korzystających ze słabszych procesorów ma problem, aby utrzymać pełną przepustowość, jaką oferuje Gigabit Ethernet.

LEGENDA HDD
SSD
Zapis dużego pliku 112,0
112,0
Odczyt dużego pliku 112,0
112,0
Zapis małych plików 13,8
15,5
Odczyt małych plików 16,2
18,5

Jak widać, nie ma żadnych problemów, aby utrzymać liniowy transfer na poziomie limitu karty sieciowej tj. ~112 MB/s. Warto też odnotować, że w przypadku kopiowania mniejszych plików (średnio 50 KB/plik), partycja na dysku SSD wychodzi nieznacznie na prowadzenie. A jak NAS poradzi sobie z szyfrowaniem danych?

LEGENDA HDD
SSD
Zapis dużego pliku z szyfrowaniem 38,5
41,3
Odczyt dużego pliku z szyfrowaniem 73,8
79,3
Zapis małych plików z szyfrowaniem 9,6
9,9
Odczyt małych plików z szyfrowaniem 12,6
13,6

Tu niestety widać, że 2-rdzeniowy Celeron nie radzi sobie najlepiej. Wyniki na małych plikach są w granicy błędu pomiarowego identyczne, a w przypadku kopiowania z szyfrowaniem dużych plików zaskakująco SSD wychodzi (nieznacznie) na prowadzenie. Sprawdzimy jeszcze, ile realnie daje funkcja buforowania, z której korzystaliśmy w powyższych testach.

Wpływ buforowania na prędkość kopiowania [MB/s]

LEGENDA Bufor SSD OFF
Bufor SSD ON
Zapis na HDD 13,3
13,8
Odczyt z HDD 14,8
16,2
Zapis na SSD 14,2
15,5
Odczyt z SSD 15,5
18,5
Zapis na HDD z szyfrowaniem 8,7
9,7
Odczyt z HDD z szyfrowaniem 11,0
12,6
Zapis na SSD z szyfrowaniem 9,0
9,9
Odczyt z SSD z szyfrowaniem 12,4
13,6

Okazuje się, że różnica występuje, ale nie jest oszałamiająca - co ciekawe zyskuje również dysk SSD o teoretycznie tej samej wydajności, co SSD użyty do buforowania.

QNAP Qtier - sposób na automatyczne przyspieszenie pracy z najczęściej używanymi plikami. Coś jak SSHD, ale jednak nie do końca.

Sprawdzimy teraz, co można zyskać uruchamiając funkcję QNAP Qtier. Tak jak pisaliśmy dwie strony wcześniej, funkcja ta zakłada włączenie do istniejącej macierzy (u nas RAID 5) kolejnej macierzy dysków (u nas RAID 1 SSD). Od tego czasu NAS samodzielnie będzie wybierać, jakie dane powinny być przechowywane w danej części dysku, tak aby zoptymalizować dostęp i transfer dla krytycznych danych. Niestety w naszej konfiguracji oznacza to rezygnację z buforowania.

Wpływ QNAP Qtier na prędkość kopiowania [MB/s]

LEGENDA HDD
HDD + bufor SSD
 QNAP Qtier
Zapis 13,3
13,8
12,5
Zapis szyfrowany 8,7
9,7
8,6
Odczyt 14,8
16,2
14,9
Odczyt szyfrowany 11,0
12,6
12,1

Okazuje się, że najwięcej po wyłączeniu buforowania straciła partycja SSD, choć naszym zdaniem nie są to znaczące różnice. W przypadku transferu liniowego, wyłączenie buforowania zupełnie niczego nie zmienia, gdyż zarówno HDD, jak i SSD, są ograniczone przez przepustowość karty sieciowej. Potwierdzają to testy wewnętrzne transferu, jakie udostępnia QNAP w panelu sterowania:

QNAP TS-351 Wbudowany test wydajności

Gdyby producent zaopatrzył testowany NAS w kartę sieciową 10Gigabit, to można by było realnie wykorzystać to, co oferują dyski SSD, nawet jeżeli są ograniczone do ~600 MB/s. Po tych testach rzeczywistych, postanowiliśmy sprawdzić jeszcze wydajność w teście syntetycznym, korzystając z aplikacji ATTO Disc Benchmark. Jego wyniki w większości pokryły się z powyższymi – aktywowanie buforowania nieco przyspieszyło transfer.

Test w ATTO Disc Benchmark na RAID 5 z HDD

QNAP TS-351 ATTO HDD

Test w ATTO Disc Benchmark na SSD

QNAP TS-351 ATTO HDD

Po aktywowaniu szyfrowania różnice są już bardzo duże w przypadku prędkości odczytu danych z NAS. Zarówno odczyt z HDD, jak i z SSD pomimo szyfrowania przekraczał momentami 100 MB/s. Niestety minimalnie spadła prędkość zapisu na szyfrowanym SSD.

Test w ATTO Disc Benchmark na RAID 5 z HDD z włączonym szyfrowaniem

QNAP TS-351 ATTO HDD

Test w ATTO Disc Benchmark na SSD z włączonym szyfrowaniem

QNAP TS-351 ATTO HDD

Nie omieszkaliśmy też wykonać testów z wykorzystaniem funkcji QNAP Qtier. Wyniki niestety również pokryły się z testami rzeczywistymi i odnotowaliśmy znaczący spadek wydajności przy odczycie z dysku (10% wolniejszy zapis i  blisko 40% wolniejszy odczyt). Zapewne wynika to z jedynych 2 GB RAM w naszym serwerze - RAMu zwyczajnie zabrakło, aby obsłużyć jednocześnie szyfrowanie, jak i QNAP Qtier. Sam producent zaleca zastosowanie minimum 4 GB, aby uniknąć takich sytuacji.

QNAP TS-351 ATTO HDD

Musimy też zwrócić uwagę na różnice w wydajności przy pierwszym i każdym kolejnym odczycie z macierzy QNAP Qtier - wyraźnie widać, jak serwer przenosi coraz większą część danych (o które ciągle go odpytujemy) na nośniki SSD. Niestety nigdy nie osiąga wydajności samodzielnego SSD - przy czym tutaj mówimy o partycji w 90% składającej się z HDD.

Test odczytu małych plików z QNAP Qtier [MB/s]

pierwszy odczyt 10,3
drugi odczyt 10,8
trzeci odczyt 11,2
czwarty odczyt 11,5
piąty odczyt 11,8
szósty i kolejne odczyty 11,9
Odczyt bezpośrednio z SSD 12,4

Jako że NAS automatycznie udostępnia w sieci pendrive wpięty do przedniego portu (i rozpoznaje tutaj większość popularnych formatów partycji), to sprawdziliśmy też prędkość tego portu USB. Prędkość odczytu nie budzi zastrzeżeń (limitem ponownie była przepustowość sieci), jednak prędkość zapisu pozostawia wiele do życzenia.

Test kopiowania przez USB [MB/s]

Zapis USB 3.0 55
Odczyt USB 3.0 113
Zapis USB 2.0 40
Odczyt USB 2.0 41

Na koniec pozostawiliśmy jeszcze kwestię poboru energii:

Pobór energii z gniazdka [Wat]

Spoczynek z hibernacją dysków 11 W
Spoczynek z aktywnymi dyskami 13 W
Oglądanie filmu w trybie HD Station 15 W
Praca (kopiowanie + szyfrowanie) 19 W
Gra w trybie HD Station 22 W

Te wyniki odstają nieco od konkurencji (opartej o inną architekturę procesora) – niestety zastosowany tutaj Celeron nie posiada aż tak niskich stanów energetycznych, aby w stanie spoczynku/hibernacji zejść poniżej typowych 10W. Za to pod obciążeniem pobór nie wzrasta znacząco i utrzymuje się na przyzwoicie niskim poziomie.

Prawie 15 minut na pełen restart - to zatrważająco długo!

Zmierzyliśmy też czas uruchamiania się systemu i tutaj jest bardzo źle, nawet jak na serwer, który w zamyśle ma pracować bez przerwy, ponieważ nietrudno sobie wyobrazić sytuację, w której chwilowy brak prądu wymusza ponowny rozruch urządzenia. Na szczęście w przypadku zawieszenia się HD Station, jego restart wywołany przyciskiem zajmuje tylko 35 sekund.

Czas rozruchu [minuty]

Restart po zamknięciu wszystkich aplikacji 06:30
Restart pełen  (zamykanie aplikacji i oczekanie na ich ponowne uruchomienie po restarcie) 14:45
Zimny rozruch - dostęp do dysków 04:50
Zimny rozruch - dostęp do systemu 05:00
Zimny rozruch -  HybridDesk QNAP 07:30
Zimny rozruch - załadowanie wszystkich usług 10:15
Restart HybridDesk QNAP 00:35

Pozostało już tylko podsumować testowany serwer, co zrobimy na kolejnej stronie.