...
...

LSI MegaRAID 8708EM2. Новый низкопрофильный SAS-адаптер среднего класса

Компания LSI в представлении не нуждается. Это солидная фирма с большим опытом разработки сетевых и storage-устройств, контроллеров и компонентов. Интересы компании сосредоточены в основном в области производительных решений для серверов и "больших" машин, а продукцию LSI успешно применяют все ведущие мировые производители серверов, рабочих станций, систем хранения данных, жестких дисков, сетевых и storage- контроллеров и т.д.

Одним из ключевых направлений работы LSI являются различные контроллеры, внешние и внутренние, для подключения жестких дисков. Очевидно: эра SCSI уже прошла, и сегодня его место (подключение винчестеров внутри корпуса компьютера) занял интерфейс-потомок — Serial Attached SCSI (SAS). Компания LSI первой выпустила контроллер с его поддержкой, а сегодня предлагает целый ряд устройств различных ценовых категорий, предназначенных для поддержки серверных жестких дисков с интерфейсом SAS. Совсем недавно, весной этого года, у LSI появились новые модели SAS-контроллеров линейки MegaRAID Value, которые традиционно относятся к ценовому классу mainstream и применяются в серверах младшего или среднего класса. Применив проверенные компоненты, разработчики заново решили целый ряд традиционных задач, среди которых — уменьшение габаритов, снижение энергопотребления, улучшение пропускной способности между контроллером и системой. В нашем обзоре мы рассмотрим 8-портовую модель MegaRAID 8708EM2, которая как раз относится к новому поколению.

8708EM2: дизайн, функциональность

Контроллер, о котором пойдет речь далее — это типичная 8-портовая модель во внутреннем исполнении, оснащенная интерфейсом PCI Express. Она относится к среднему ценовому классу, а это предполагает полноценную аппаратную поддержку RAID и наличие всех основных функций обслуживания дисковых массивов. Набортный микропроцессор LSISAS1078 RoC (RAID-on-Chip), специализированная версия PowerPC серии 400, обеспечивает эффективное управление жесткими дисками в массивах RAID уровней 0, 1, 5 и 6, а также striped-массивах 10, 50 и 60. Объем памяти сравнительно невелик и составляет 128 Мб, применена достаточно производительная DDR2 с частотой 667 МГц. Опциональная батарея, которая позволяет сохранять содержимое кэш-буфера в течение 72 часов, гарантирует отсутствие ошибок при временных проблемах с питанием сервера.


НазваниеLSI MegaRAID 8708EM2Intel SCRSASRB
Форм-факторMD2 LP (16.8 x 6.4 см)EHL LP (19.7 x 6.4 см)
ИнтерфейсPCI Express x8PCI Express x4
ПроцессорLSISAS1078 (500 MHz)LSISAS1078 (500 MHz)
Кэш-память128 Мб DDR2-667256 Мб DDR2-667
Число каналов8 SAS/SATA 3 Gb/s8 SAS/SATA 3 Gb/s
Кол-во устройствдо 32до 32
Кол-во лог. дисковдо 64до 32
Типы RAID0, 1, 5, 6, 10, 50, 600, 1, 5, 6, 10, 50, 60
Батареяопц.опц.


Теперь подробнее о конструкции контроллера. Разработчикам удалось уложиться в форм-фактор MD2 Low-profile, что ранее было технически сложно. Уменьшение размеров контроллера расширяет спектр систем, в которых он может быть установлен, улучшает вентиляцию корпуса сервера. Для охлаждения микропроцессора применен небольшой радиатор, остальные компоненты не требуют радиаторов. Подключение винчестеров выполняется через стандартные разъемы Mini-SAS 4i (SFF8087), которые расположены не в торце платы, как обычно, а возле крепежной планки, что удобнее для монтажа. На печатной плате имеется сигнальный спикер, а с обратной стороны расположен светодиод. Ну и, конечно, качество изготовления контроллера весьма высокое, применены только высококлассные компоненты включая танталовые конденсаторы. Отдельно отметим интерфейс PCI Express x8, сменивший применяемый на предыдущих моделях LSI интерфейс PCI Express x4. Контроллер может быть установлен в слот PCI Express x8, коим оснащаются многие материнские платы современных серверов. В документации отмечено, что контроллер 8708EM2 может работать и при наличии всего 4 линий шины, чем решается вопрос совместимости с системными платами, на которых к слоту x8 подключены только 4 линии PCI Express.

Настройки

Очень кратко перечислим возможности настройки и диагностики. Понятно, что к утилите в BIOS прибегать придется только в том случае, если один из сформированных RAID-массивов является загрузочным — в остальных случаях удобнее запускать визуальный интерфейс MegaRAID Storage Manager. Эта программа позволяет получать исчерпывающую информацию о контроллере, просматривать и сохранять журналы работы, формировать и удалять логические диски-массивы, а также выполнять некоторые настройки. Часть настроек являются глобальными — это, например, пропорции времени, отводимого на фоновые задачи ("патрульное" чтение, проверка целостности, ребилд и т.д.), часть настроек касаются обслуживания конкретного виртуального диска — массива RAID. Вообще же создание массива проходит под управлением "мастера", у которого даже имеется полностью автоматический режим (скорее всего, остался "по наследству" от младших моделей контроллеров). После выбора доступных жестких дисков необходимо указать тип RAID-массива, его объем, номер и название виртуального диска, размер страйпа (для RAID 0, 5, 6), а также включить или отключить следующие оптимизации:

1) предупреждающее чтение (Read Ahead): включено, отключено, адаптивный алгоритм;
2) запись отложенная или прямая; для первого случая желательна батарея, подключенная к контроллеру, иначе целостность массива может быть нарушена;
3) кэширование или прямой доступ в обход кэша;
4) режим доступа: чтение, запись или без ограничений;
5) инициализация быстрая или полная, со стиранием данных и построением контрольных сумм (RAID 5, 6).

В целом программное обеспечение MegaRAID Storage Manager обладает вполне понятным, хотя и не во всем логичным интерфейсом, в котором можно разобраться и без руководства пользователя.

Тестирование

К сожалению, воссоздать настоящую серверную среду "в полевых условиях" очень сложно, поэтому мы тестировали контроллер LSI на настольной машине, оснащенной материнской платой MSI P45 Platinum (чипсет Intel P45) и процессором Core 2 Duo E8300. Данная материнская плата оснащена двумя слотами PCI Express x16, которые автоматически конфигурируются как 8+8 при установке двух карт расширения (в данном случае видеокарты и контроллера SAS). Для измерения производительности контроллера LSI MegaRAID 8708EM2 мы использовали жесткие диски Seagate Cheetah 15K.5 объемом 73 Гб каждый. Данные винчестеры имеют обороты 15 тыс., обеспечивают постоянную скорость чтения/записи не менее 125 Мб/с, оснащаются 16 Мб кэш- буфером и двухпортовым интерфейсом SAS с поддержкой пропускной способности до 3 Гбит/с. Для сравнения мы взяли (практически наугад) один из контроллеров аналогичного класса, но производства корпорации Intel. Как оказалось, модель SRCSASRB является OEM-версией контроллера LSI, но предыдущего поколения. Это 8-портовое устройство с интерфейсом PCI Express x4, оснащенное тем же самым микропроцессором LSI. Отличия имеются лишь в объеме кэш-памяти — у контроллера Intel он составляет 256 Мб, — а также в поддержке некоторых функций. Тестирование выполнялось с помощью пакета IOMeter. Мы выбрали четыре широкоиспользуемых шаблона генерации нагрузки на подсистему ввода/вывода:\

1) File Server — имитация работы файл-сервера: случайные запросы различного размера (от 0,5 до 64 Кб), чтение/запись = 4:1;
2) Web Server — имитация работы веб-сервера: случайные запросы на чтение различного размера (от 0,5 до 512 Кб);
3) Database Server — имитация работы сервера баз данных: случайные запросы по 8 Кб, чтение/запись = 2:1;
4) Workstation — имитация работы рабочей станции: запросы по 8 Кб, чтение/запись = 4:1, случайные/последовательные = 4:1.

В каждом из шаблонов проверялась производительность при различном значении очереди одновременно поступивших запросов (1, 4, 16, 64 и 256), что позволило сымитировать различную степень нагрузки на сервер. Мы тестировали следующие массивы RAID:
1) RAID 0 из двух винчестеров, страйп 64 Кб (по умолчанию);
2) RAID 1 из двух винчестеров;
3) RAID 5 из трех винчестеров, страйп 64 Кб (по умолчанию).

Во всех случаях были включены адаптивное предупреждающее чтение и отложенная запись, а кэширование отключено.

RAID 0 дает, как известно, наивысшую производительность в любых операциях (чтение и запись, последовательный и случайный доступ), но ценой двукратного (для двух винчестеров) снижения надежности. Наивысшие результаты, измеряемые в количестве операций в секунду (IOps), отмечены в тестах Database и Workstation — до 1400 IOps при очереди выше 64 запросов. Контроллер Intel по какой-то причине проиграл контроллеру LSI вдвое, его результаты едва превысили отметку в 600 IOps.


File Server
LSI 8708EM2Intel SRCSASRB
1446.953180.998
4792.507331.391
161060.761466.352
641316.324625.710
2561166.953627.857
Web Server
LSI 8708EM2Intel SRCSASRB
1406.920160.235
4725.105306.787
16970.039447.530
641171.852574.550
2561172.727572.983
DB Server
LSI 8708EM2Intel SRCSASRB
1491.711191.894
4868.049354.822
161155.152500.979
641372.241658.086
2561379.752676.211
Workstation
LSI 8708EM2Intel SRCSASRB
1481.947190.118
4848.649349.494
161146.097509.984
641411.121658.355
2561410.022710.297


RAID 1 обеспечивает удвоение надежности, но за счет потери половины емкости. Производительность этого массива при чтении может быть не менее высокой, чем у RAID 0, но запись происходит несколько медленнее (впрочем, отложенная запись этот нюанс нивелирует). Кроме того, массив RAID 1 требует проверки целостности. Результаты тестирования показали, что в тестах Database и Workstation показатели действительно ниже (высок процент операций записи), а вот в тестах File и Web — ничуть не хуже, чем при использовании RAID 0. И опять контроллер Intel превзойден более чем вдвое.


File Server
LSI 8708EM2Intel SRCSASRB
1447.697173.065
41979.621339.983
162103.067463.445
642199.070563.302
2562326.027563.869
Web Server
LSI 8708EM2Intel SRCSASRB
1452.053175.697
4798.027371.318
161024.119533.953
641150.204649.628
2561155.469648.249
DB Server
LSI 8708EM2Intel SRCSASRB
1457.975178.582
4747.499327.086
16925.799437.747
64940.420527.759
256973.781526.945
Workstation
LSI 8708EM2Intel SRCSASRB
1468.754196.114
4824.812350.119
161001.663484.582
641144.874594.973
2561142.054596.315


RAID 5 — оптимальный массив с любой точки зрения: есть и избыточность, и повышение скорости, и не такая существенная потеря емкости, как в RAID 1. Другое дело, что поддержка этого массива требует существенных аппаратных ресурсов, а операция записи не только затрагивает все винчестеры в массиве, но и требует предварительного считывания контрольной суммы для корректного ее обновления. Тем не менее, качественный RAID- контроллер способен и массив уровня 5 обслуживать с высокой скоростью. Как и положено в теории, наибольший выигрыш производительности (так как задействованы сразу 3 жестких диска) ощущается в шаблоне Web Server, имеющем только запросы на чтение. В шаблонах Workstation и File Server потерь в производительности по сравнению с RAID 0 почти нет, в Database результаты чуть хуже. Двукратный отрыв от контроллера Intel сохраняется и здесь.


File Server
LSI 8708EM2Intel SRCSASRB
1418.376182.870
4804.829371.667
161092.151521.771
641274.713654.644
2561292.833680.193
Web Server
LSI 8708EM2Intel SRCSASRB
1393.995163.326
4810.955375.712
161135.436592.581
641416.653819.448
2561453.260844.931
DB Server
LSI 8708EM2Intel SRCSASRB
1462.176198.635
4825.779375.264
161080.301501.605
641216.130595.055
2561145.754618.941
Workstation
LSI 8708EM2Intel SRCSASRB
1449.045193.971
4837.681386.968
161175.897568.155
641364.429720.366
2561418.496760.617


Теперь проверим, в каком из массивов наблюдается наивысшая скорость выполнения последовательных запросов, типичных для поточных приложений (медиавещание, видеомонтаж и т.п.). Понятно, что массив RAID 1 не даст прироста в последовательных операциях, так как данные не распределены между дисками, и параллельно их считывать невозможно. При запросах менее 8 Кб все массивы RAID дают примерно равные результаты (так как основным узким местом является механика винчестеров), а с повышением размера блока данных мы наблюдаем почти двукратное повышение производительности при чтении.

Workstation
Adaptive RA,
Write-Back,
Non-cached
Adaptive RA, 
Write Trough,
Non-cached
Adaptive RA,
Write-Back,
Cached
No RA, 
Write-Back, 
Non-cached

1449.04467358.91672447.033659462.1746911.029239899
4837.681053699.306161862.243564879.7013141.050162602
161175.897217911.4482861227.4881371210.248911.029213177
641364.4292461157.8125311444.6444961404.797521.029586198
2561418.4956321203.2948931485.1398551428.8188351.007277571


Так, для массива RAID 1 мы получили среднюю скорость чтения около 135-150 Мб/с, что соответствует заявленным характеристикам использованных винчестеров Seagate. А в массивах RAID 0 и RAID 5 — уже 290-320 Мб/с. С операцией записи ситуация несколько иная. Массив RAID 5 требует предварительного вычитывания блока четности, поэтому скорость записи у него несколько ниже, чем у RAID 0. Массив RAID 1 тоже не способен получить выигрыш, разве что за счет эффективной отложенной записи. Наибольший эффект наблюдается при блоках выше 64 Кб, скорость достигает отметки 250 Мб/с, что почти вдвое выше физических возможностей реальных винчестеров. Оптимизации, доступные контроллеру LSI, включают кэширование, предупреждающее чтение и отложенную запись. Мы проверили все из них на шаблоне Workstation (массив RAID 5), который содержит операции различного типа. Наибольший эффект — от отложенной записи — порядка 15-20%. Отключение предупреждающего чтения ничего не дает для случайных запросов, к которым оно неприменимо, а операция полного кэширования также дала весьма скромный — порядка 2-5% — прирост IOps.

RAID0RAID1RAID5
0.59.5139.2189.332
118.44317.72318.128
235.19133.23334.824
465.10459.56064.113
8101.70991.085103.332
16160.514130.814160.324
32229.687135.863238.868
64268.491131.559267.892
256255.283132.505267.536
1024255.342152.438271.345
0.59.7369.4889.496
118.83518.29917.916
236.29234.14633.969
465.65259.61655.843
8106.77490.01888.391
16153.063123.672130.508
32219.538133.108174.382
64262.299135.087219.673
256324.736236.149286.554
1024365.465242.509284.382


Заключение

Несмотря на отсутствие у нас надежной методики тестирования серверных компонентов, попробуем сделать вывод из проделанных тестов.

Контроллер LSI MegaRAID 8708EM2 продемонстрировал высокие скоростные показатели, обеспечив производительность с двумя или тремя жесткими дисками Seagate Cheetah 15K.5 на уровне 1200-1400 IOps. Это в два, а то и в три раза выше возможностей отдельного винчестера такого уровня. Обслуживание массивов RAID 5 и 6 выполняется без потерь в производительности, загрузка центрального процессора при этом не превышает 1%, что невозможно в случае частично аппаратных решений. В плюсы контроллера запишем также неплохую функциональность, включающую, например, возможность возобновления прерванных операций (ребилда, реконструкции массива, проверки целостности) при пропадании питания сервера. Ну и, конечно, уменьшенные габариты печатной платы при поддержке PCI Express x8 в любом случае будут нелишними даже при отсутствии строгих требований по плотности компоновки сервера.

Макс Курмаз, max@gigamark.com

© Компьютерная газета

полезные ссылки
Корпусные камеры видеонаблюдения