RAID-Controller Performance 2013

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White Paper  RAID-Controller Performance 2013
White Paper
Fujitsu PRIMERGY Server
RAID-Controller Performance 2013
Diese technische Dokumentation richtet sich an Personen, die sich mit der Disk-I/OPerformance von Fujitsu PRIMERGY Servern beschäftigen. Das Dokument soll helfen,
aus dem Performance-Blickwinkel die Möglichkeiten und Anwendungsgebiete der
verschiedenen RAID-Controller für interne Disk-Subsysteme kennenzulernen. Abhängig
von den Anforderungen an Datensicherheit und Performance sowie geplanter oder
vorhandener Server-Konfiguration ergeben sich Empfehlungen für die Auswahl und
Parametrisierung der Controller. Betrachtet werden Controller, die im Jahre 2013 für
PRIMERGY Systeme verfügbar sind.
Version
2.0a
2013-08-01
http://www.fujitsu.com/de/primergy
Seite 1 (54)
Version: 2.0a  2013-08-01
Inhalt
Dokumenthistorie ................................................................................................................................................ 2
Einführung .......................................................................................................................................................... 3
RAID-Controller für PRIMERGY: Grundlagen .................................................................................................... 4
Vorstellung der RAID-Controller ..................................................................................................................... 4
Controller-Schnittstellen und ihre Durchsatzgrenzen ..................................................................................... 7
Sicherung des Controller-Caches gegen Stromausfall ................................................................................. 10
Performance-relevante Einstellungen ........................................................................................................... 11
MegaRAID Advanced Software Options ....................................................................................................... 13
Besonderheiten der Onboard-Controller ....................................................................................................... 14
Messumfeld ...................................................................................................................................................... 15
Messverfahren .............................................................................................................................................. 15
Messumgebung ............................................................................................................................................. 16
Controller-Vergleich .......................................................................................................................................... 18
RAID 1 (zwei SATA-Festplatten) .................................................................................................................. 19
RAID 1 (zwei SAS-Festplatten) ..................................................................................................................... 21
RAID 0 und 10 (vier SATA-Festplatten) ........................................................................................................ 24
RAID 0 und 10 (fünf bis acht Festplatten) ..................................................................................................... 27
RAID 0 und 10 (mehr als acht Festplatten)................................................................................................... 35
RAID 5 ........................................................................................................................................................... 42
Geringere Lastniveaus .................................................................................................................................. 46
MegaRAID Advanced Software Options .......................................................................................................... 47
CacheCade 2.0 ............................................................................................................................................. 47
FastPath ........................................................................................................................................................ 50
Fazit .................................................................................................................................................................. 52
Literatur ............................................................................................................................................................. 54
Kontakt .............................................................................................................................................................. 54
Dokumenthistorie
Version 1.0
Version 1.0a

kleinere Korrekturen
Version 2.0





Anpassung des Dokumententitels an 2013
Ergänzung um die im Jahre 2013 eingeführten Controller mit Unterstützung von PCIe Gen3
Ergänzung um die MegaRAID Advanced Software Options
Neue Messergebnisse bei den Controller-Vergleichen für RAID 1 aufgrund geänderter
Empfehlungen für die Cache-Einstellungen
Version 2.0a

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Einführung
Festplatten sind sowohl besonders sicherheitsrelevante als auch Performance-kritische Komponenten im
Server-Umfeld. Daher ist es wichtig, durch eine intelligente Organisierung dieser Komponenten deren
Performance so zu bündeln, dass sie nicht zum Engpass im System werden, und gleichzeitig gegen den
Ausfall einer Einzelkomponente gefeit zu sein. Hierfür gibt es Methoden, mehrere Festplatten in einem
Verband derart zu arrangieren, dass der Ausfall einer Festplatte verkraftet werden kann. Man nennt dies
„Redundant Array of Independent Disks“ oder kurz RAID. Typischerweise werden dafür spezielle RAIDController verwendet.
Die verschiedenen PRIMERGY Server sind in unterschiedlichen internen Ausbauvarianten mit
verschiedenen RAID-Controller- und Festplattenkonfigurationen verfügbar. Das für alle Server der
PRIMERGY Familie einheitlich angebotene „Modular RAID“-Konzept besteht aus einer modularen
Controller-Familie und einem einheitlichen Management durch die Fujitsu RAID-Manager-Software
„ServerView RAID“. Das umfangreiche Angebot der RAID-Lösungen ermöglicht dem Anwender, den
passenden Controller für sein Anwendungsszenario zu wählen. Dabei wird die Leistungsfähigkeit des DiskSubsystems durch den Controller, die Auswahl der Festplatten und die Eigenschaften des RAID-Levels
bestimmt.
Um alle diese Aspekte des „Modular RAID“ hinsichtlich ihrer Performance zu beleuchten, sind im Rahmen
der PRIMERGY White Paper Reihe verschiedene Dokumente entstanden:



Zur umfassenden Einführung in die Thematik der Disk-I/O-Performance sei das White Paper
„Grundlagen Disk-I/O-Performance“ empfohlen.
Das Dokument „Performance einzelner Festplatten“ stellt die aktuell für PRIMERGY verfügbaren
Festplatten und ihre Leistung in unterschiedlichen Anwendungsszenarien vor.
Das vorliegende Dokument „RAID-Controller-Performance 2013“ behandelt alle aktuell für
PRIMERGY angebotenen RAID-Controller und deren Performance.
Bei der Dimensionierung von internen Disk-Subsystemen für PRIMERGY Server kann man so vorgehen,
dass man sich einen geeigneten Festplattentyp auswählt und die benötigte Festplattenanzahl für den
gewünschten RAID-Level nach Faustformeln abschätzt. Der RAID-Controller ergibt sich dann von selbst
durch Anzahl und Technologie der anzuschließenden Festplatten sowie durch den gewünschten RAIDLevel. Das kann jahrelang ausreichend sein, um ein Disk-Subsystem treffsicher zu dimensionieren.
In Laufe der Zeit schreitet jedoch die Technologie bei den Speichermedien (beispielsweise Solid State
Drives, kurz SSDs) oder bei den internen Schnittstellen des Servers fort, und das neue Disk-Subsystem
genügt nicht mehr den gestiegenen Ansprüchen. Oder, in einer produktiven Server-Konfiguration ändert sich
das Anwendungsszenario und die erzielte Disk-I/O-Performance ist trotz ausreichender Festplattenanzahl
nicht wie erhofft. In diesen beiden Fällen kann es lohnend sein, sich etwas genauer mit dem PerformanceEinfluss des RAID-Controllers zu beschäftigen. Manchmal ist der richtige Controller, oder auch einfach der
richtig konfigurierte Controller, die Voraussetzung für bestmögliche Performance.
Damit ist das Ziel des vorliegenden Dokumentes umrissen. Zuerst wird ein Überblick über die für
PRIMERGY Systeme zur Verfügung stehenden internen RAID-Controller gegeben. Die Durchsatzgrenzen
der beteiligten Controller-Schnittstellen werden dann unter Performance-Aspekten vorgestellt. Nach einer
kurzen Einführung in das Messumfeld werden die unterschiedlichen RAID-Controller bei verschiedenen
RAID-Levels und in unterschiedlichen Anwendungsszenarien verglichen, was durch Messergebnisse
untermauert wird.
Zur Abgrenzung zu anderen Speichermedien wurde in der Vergangenheit der Begriff „Festplatte“ oder auch
„Hard-Disk-Drive“ (HDD) für ein hartmagnetisch beschichtetes, rotierendes, direkt adressierbares, digitales,
nichtflüchtiges Speichermedium eingeführt. Im Laufe der technischen Entwicklung wurden zusätzliche
„Festplatten“-Gattungen als Speichermedien eingeführt, die die gleiche Schnittstelle zum Server verwenden
und vom Server dementsprechend wie Festplatten behandelt werden. Als typisches Beispiel kann man eine
SSD anführen, die als elektronisches Speichermedium keine beweglichen Teile beinhaltet, nichtsdestotrotz
jedoch umgangssprachlich auch als Festplatte bezeichnet wird. In diesem Dokument wird durchgehend der
Begriff „Festplatte“ als Oberbegriff verwendet, während bei einer Differenzierung die Bezeichnungen „SSD“
und „HDD“ verwendet werden.
12
In diesem Dokument sind Festplattenkapazitäten durchgängig zur Basis 10 angegeben (1 TB = 10 Bytes),
während alle anderen Kapazitäten, Dateigrößen, Blockgrößen und Durchsätze zur Basis 2 angegeben sind
20
(1 MB/s = 2 Bytes/s).
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RAID-Controller für PRIMERGY: Grundlagen
In diesem Kapitel werden die für PRIMERGY Server verfügbaren RAID-Controller zunächst einmal mit ihren
wesentlichen Funktionalitäten vorgestellt. Anschließend wird näher auf die Durchsatzgrenzen eingegangen,
die sich für die einzelnen Controller aufgrund ihrer Schnittstellen im Server ergeben. Daraufhin werden die
möglichen Einstellungen der Controller behandelt, und abschließend werden die Besonderheiten der
Onboard-Controller diskutiert.
Vorstellung der RAID-Controller
Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Daten zur Funktionalität der verfügbaren RAID-Controller
zusammen.
Zur vereinfachten Bezeichnung dieser Controller werden im vorliegenden White Paper meist nur die kurzen
Namen aus der Spalte „Alias“ verwendet, also beispielsweise LSI2008. Diese ergeben sich aus der BasisChip-Bezeichnung des Controllers und optional der Cache-Größe.
Controller Name
Alias
FF
Cache
Frequenz
Unterstützte
Interfaces
Max. RAID Levels BBU/
# Disks
FBU
LSI SW RAID on Intel
C200 (Onboard SATA)
Cougar Point
I
-
3G
SATA 3G
4
JBOD, 0, 1,
10
-/-
C600 (Onboard SATA)
Patsburg A
I
-
3G
SATA 3G
4
0, 1, 10
-/-
C600 (Onboard SAS)
Patsburg B
I
-
3G
SATA 3G
SAS 3G
4
0, 1, 10
-/-
RAID 0/1 SAS based on LSI1064
LSI MegaRAID 4Port
P
-
3G
SATA 3G
SAS 3G
PCIe 1.0
x4
4
0, 1, 1E
-/-
RAID 0/1 SAS based on LSI1068
LSI MegaRAID 8Port
P
-
3G
SATA 3G
SAS 3G
PCIe 1.0
x4
8
0, 1, 1E
-/-
RAID Ctrl SAS 6G 0/1
(D2607)
P
-
6G
SATA 3G/6G PCIe 2.0
SAS 3G/6G
x8
8
0, 1, 1E, 10
-/-
512 MB
6G
8
0, 1, 5, 6, 10,
50, 60
/-
512 MB (D2616)
PY SAS RAID Mezz
Card 6Gb
LSI2008
P
LSI2108
M
SATA 3G/6G PCIe 2.0
SAS 3G/6G
x8
1GB (D3116)
LSI2208-1G2.0
P
1 GB
6G
SATA 3G/6G PCIe 2.0
SAS 3G/6G
x8
8
0, 1, 1E, 5, 6,
10, 50, 60
-/
1GB (D3116C)
LSI2208-1G3.0
P
1 GB
6G
SATA 3G/6G PCIe 3.0
SAS 3G/6G
x8
8
0, 1, 1E, 5, 6,
10, 50, 60
-/
PY SAS RAID HDD
1)2)
Module
LSI2208-5121)2)
2.0
M
512 MB
6G
SATA 3G/6G PCIe 2.0
SAS 3G/6G
x8
8
0, 1, 1E, 5, 6,
2)
10, 50, 60
-/
PY SAS RAID HDD
1)2)
Module 3.0
LSI2208-5121)2)
3.0
M
512 MB
6G
SATA 3G/6G PCIe 3.0
SAS 3G/6G
x8
8
0, 1, 1E, 5, 6,
2)
10, 50, 60
-/
PY SAS RAID HDD
1)
Module w/o cache
LSI2208-Lite1)
2.0
M
-
6G
SATA 3G/6G PCIe 2.0
SAS 3G/6G
x8
8
0, 1
-/-
PY SAS RAID HDD
LSI2208-Lite1)
1)
Module w/o cache 3.0
3.0
M
-
6G
SATA 3G/6G PCIe 3.0
SAS 3G/6G
x8
8
0, 1
-/-
1)
2)
Diese Controller sind nur für PRIMERGY BX920 S3 verfügbar.
Die RAID-Levels außer 0 und 1 sind bei dem LSI2208-512 Controller nur benutzbar in Zusammenhang mit mehr
Festplattensteckplätzen in PRIMERGY SX980 Storage Blades.
Die Spalte „FF“ gibt den Formfaktor wieder; „I“ bedeutet „integriert“, „P“ bedeutet „PCIe-Slot“ und „M“
bedeutet „Mezzanine Karte“. Die Spalte „Max. # Disks“ gibt die maximale Anzahl Festplatten an, die direkt an
dem Controller im Rahmen des RAID-Management-Konzeptes der PRIMERGY Server betrieben werden
können. Diese Information kann hilfreich sein, um zu erkennen, ob der Controller einen theoretischen
Engpass darstellen könnte. In einigen PRIMERGY Modellen kommen – in Verbindung mit bestimmten
Controller-Modellen – sogenannte „Expander“ (spezielle im SAS-Standard definierte Bauteile) zum Einsatz,
um die maximale Anzahl der Festplatten darüber hinaus zu erhöhen. Der Expander kann dabei die
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Bandbreite der vorhandenen Ports nicht steigern, stellt sie aber in Summe allen angeschlossenen
Festplatten zur Verfügung.
Bei den „RAID 0/1“ SAS-RAID-Controllern ist der LSI2008-Controller der 6G-Nachfolger vom LSI1068Controller, während die LSI2208-Controller die Nachfolger des LSI2108-Controllers sind, die zusammen die
„RAID 5/6“ SAS-RAID-Controller-Familie bilden.
Den LSI2208-Controller gibt es mit den beiden Cache-Größen 1 GB und 512 MB, abgekürzt durch die
beiden Aliasnamen LSI2208-1G und LSI2208-512. Wenn im weiteren Verlauf nur von LSI2208 die Rede ist,
gilt die Aussage für beide Cache-Größen.
Für die Gruppe der drei LSI2208-Controller wurde 2013 ein neuer Chip eingeführt, der PCIe Gen3
unterstützt. Zur besseren Unterscheidung in diesem Dokument wurden die Aliasnamen um die Endungen
2.0 bzw. 3.0 erweitert. Werden Aliasnamen ohne diese Endungen verwendet, gilt die Aussage für beide
Controller-Varianten.
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Bei der Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Disk-Subsystemen spielen bei heutigen Systemen die
Prozessorleistung und der Speicherausbau des Systems meist keine signifikante Rolle – ein eventuell
vorhandener Engpass betrifft in der Regel die Festplatten und den RAID-Controller und nicht CPU oder
Memory des Server-Systems. Daher können die verschiedenen RAID-Controller unabhängig von den
PRIMERGY Modellen verglichen werden, in denen sie eingesetzt werden, auch wenn nicht bei allen
PRIMERGYs aufgrund ihrer Ausbaubarkeit mit Festplatten alle Konfigurationen möglich sind.
In der folgenden Tabelle ist zusammengestellt, welche RAID-Controller zum Zeitpunkt der Erstellung dieses
White Papers in den einzelnen PRIMERGY Systemen für den Anschluss von Festplatten freigegeben sind
oder in naher Zukunft freigegeben werden (oder in der Vergangenheit freigegeben waren) und wie viele
Festplatten die Modelle maximal unterstützen. Die möglichen Kombinationen von PRIMERGY
Ausbauvarianten und Controllern entnehmen Sie bitte den Konfiguratoren zu den Systemen.
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LSI2008

LSI1068

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
LSI2208-Lite
-/
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




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

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




LSI2208-512



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









LSI2208-1GB
-/
-/












LSI2108


LSI1064
CougarPoint
-/
-/
Patsburg B
2
2
8
24
4
4
8
16
24
8
8
8
4
10
4
4
4
4
8
8
24
Controller mit PCIe-Schnittstelle
Patsburg A
BX920 S3
BX924 S3
CX250 S1
CX270 S1
RX100 S7
RX100 S7p
RX200 S7
RX300 S7
RX350 S7
RX500 S7
RX600 S6
RX900 S2
SX940 S1
SX960 S1
TX100 S3
TX100 S3p
TX120 S3
TX120 S3p
TX140 S1
TX140 S1p
TX300 S7
Expander
PRIMERGY
Max. # Disks
Onboard-Controller

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









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
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Bei dem Server Blade BX924 S3 ist der LSI2108-Controller als Mezzanine-Karte realisiert. Entsprechend gilt
dies bei dem Server Blade BX920 S3 für die LSI2208-Controller.
Das vorliegende White Paper untersucht die zuvor genannten Mezzanine-Karten nur in Zusammenhang mit
internen Festplatten im selben Server Blade. Die Performance von Storage Blades PRIMERGY SX980, die
mit solchen Mezzanine-Karten über SAS-Switche verbunden sind, wird in dem Performance Report der
PRIMERGY SX980 behandelt.
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Controller-Schnittstellen und ihre Durchsatzgrenzen
Ein RAID-Controller braucht einerseits eine Schnittstelle zu den Festplatten und andererseits zum Chipsatz
des Motherboards. Die erste ist typischerweise SAS oder SATA, die zweite ist typischerweise PCIe oder, im
Falle der integrierten Onboard-Controller, eine interne Busschnittstelle des Motherboards. Im Folgenden sind
die oberen Grenzen für die Durchsätze von SAS, SATA und PCIe zusammengestellt.
SAS und SATA
„Serial Attached SCSI“ (SAS) und „Serial Advanced Technology Attachment“ (SATA) sind serielle
Schnittstellen, deren Datendurchsatz von der Frequenz abhängt. Diese Schnittstellen dienen zum Anschluss
nichtflüchtiger Speichermedien wie Festplatten, optischen Laufwerken und Bandlaufwerken.
3000 MHz
Theoretischer
Durchsatz
286 MB/s
Praktischer
Durchsatz (85%)
243 MB/s
6000 MHz
572 MB/s
486 MB/s
Typ
Frequenz
SAS 3G / SATA 3G
SAS 6G / SATA 6G
Man findet die Frequenzen in der Abkürzung 3G oder 6G oft als Teil der Controller- oder
Festplattenbezeichnung, alternativ wird bei SAS auch eine Versionsnummer 1.0 für 3G und 2.0 für 6G
verwendet.
Der theoretisch erreichbare Durchsatz errechnet sich folgendermaßen: 1 Bit pro 1 Hz, minus 20%
Redundanz der seriellen Übertragung durch die sogenannte 8b/10b-Kodierung. Den in der Praxis
erreichbaren Durchsatz kann man daraus durch Multiplikation mit 0.85 abschätzen. Diese 85% sind ein
durchschnittlicher Erfahrungswert aus über die Jahre hinweg beobachteten Werten für verschiedenste
Komponenten.
Alle Komponenten einer Verbindung zwischen Endgeräten müssen dieselbe Version des SAS- oder SATAProtokolls verwenden. Dazu zählen neben den Festplatten auch die Controller und ggf. verwendete
Expander. Treffen unterschiedliche Komponenten aufeinander, wird automatisch der performanteste von
allen Komponenten gemeinsam unterstützte Standard verwendet, eventuell also eine geringere Frequenz.
Dabei sind die höheren Protokolle abwärtskompatibel.
Während bei SATA oft jeder Port einzeln an eine Festplatte angeschlossen wird, werden vier SASAnschlüsse bzw. -Leitungen häufig zusammengefasst und als „x4 SAS“ oder „x4 wide port“ bezeichnet.
Damit ist der direkte Anschluss von maximal vier SAS-Festplatten über eine Backplane möglich. Der
Durchsatz von x4 SAS ist der Vierfache des entsprechenden einzelnen SAS-Anschlusses, dies gilt analog
auch für SATA.
3000 MHz
Theoretischer
Durchsatz
1144 MB/s
Praktischer
Durchsatz (85%)
973 MB/s
3000 MHz
2289 MB/s
1945 MB/s
1 × x4
6000 MHz
2289 MB/s
1945 MB/s
2 × x4
6000 MHz
4578 MB/s
3890 MB/s
Schnittstelle
Anschluss
Frequenz
SAS 3G / SATA 3G
1 × x4
SAS 3G / SATA 3G
2 × x4
SAS 6G / SATA 6G
SAS 6G / SATA 6G
Einige PRIMERGY Modelle kann man mit einer größeren Anzahl Festplatten ausbauen, als der Controller
Festplattenanschlüsse hat. In diesem Fall wird die Anzahl der anschließbaren Festplatten mittels eines
Expanders vergrößert. Wie bereits erwähnt, kann ein Expander den Datenstrom nur verteilen, nicht den
Durchsatz erhöhen.
Das SAS-Protokoll ist so definiert, dass es auch die SATA-Protokolle gleicher oder geringerer Frequenz
transportieren kann (tunneln). Damit ist es Controllern beider SAS-Versionen möglich, mit SATA-Festplatten
zu kommunizieren. Umgekehrt ist es nicht möglich, SAS-Festplatten über eine SATA-Schnittstelle
anzuschließen.
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PCIe
PCIe ist eine ebenfalls serielle Schnittstelle zwischen dem Controller und dem Motherboard. Die
Steckverbindungen sind in unterschiedlicher Breite bzw. Anzahl von Lanes ausgeführt. Üblich sind x4 (vier
Lanes) und x8 (acht Lanes), wobei es auf die tatsächliche Anzahl elektrisch genutzter Lanes ankommt (im
weiteren Verlauf als „funktionelle PCIe Breite“ bezeichnet). Der Durchsatz einer Lane wird ebenfalls durch
die Frequenz bestimmt.
Schnittstelle
PCIe 1.0, PCIe Gen1
Anschluss
x4
Frequenz
2500 MHz
Theoretischer Durchsatz
954 MB/s
Praktischer Durchsatz (90%)
858 MB/s
PCIe 1.0, PCIe Gen1
x8
2500 MHz
1907 MB/s
1716 MB/s
PCIe 2.0, PCIe Gen2
x4
5000 MHz
1907 MB/s
1716 MB/s
PCIe 2.0, PCIe Gen2
x8
5000 MHz
3815 MB/s
3433 MB/s
PCIe 3.0, PCIe Gen3
x4
8000 MHz
3756 MB/s
3380 MB/s
PCIe 3.0, PCIe Gen3
x8
8000 MHz
7512 MB/s
6761 MB/s
PCIe 1.0 wird auch oft als „PCIe Gen1“ bezeichnet, PCIe 2.0 als „PCIe Gen2“ und PCIe 3.0 als „PCIe Gen3“.
Der theoretisch erreichbare Durchsatz errechnet sich folgendermaßen: 1 Bit pro 1 Hz multipliziert mit der
Anzahl der Anschlüsse (x4 oder x8), minus 20% Redundanz der seriellen Übertragung durch die sogenannte
8b/10b-Kodierung bei PCIe 1.0 und 2.0 bzw. minus 1.54% Redundanz durch eine 128b/130b-Kodierung bei
PCIe 3.0. Den in der Praxis erreichbaren Durchsatz kann man daraus durch Multiplikation mit 0.90
abschätzen. Diese 90% sind ein durchschnittlicher Erfahrungswert aus über die Jahre hinweg beobachteten
Werten für verschiedenste Komponenten.
Alle PRIMERGY Server beginnend mit der 2010 eingeführten Generation (z. B. PRIMERGY RX300 S5)
unterstützen PCIe 2.0 und ab der 2012 eingeführten Generation (z. B. PRIMERGY RX300 S7) PCIe 3.0.
Treffen unterschiedliche Komponenten aufeinander, wird die höchste von allen Komponenten gemeinsam
unterstützte Frequenz verwendet.
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Anwendung auf die RAID-Controller
In der nächsten Tabelle sind für alle RAID-Controller die Performance-bestimmenden Rahmendaten
zusammengestellt. Die hier aufgeführten Durchsatzgrenzen ergeben sich mit Hilfe der beiden
vorhergehenden Unterkapitel „SAS und SATA“ sowie „PCIe“. Die jeweils maßgebliche Durchsatzgrenze ist in
der Tabelle mit Fettdruck hervorgehoben.
ControllerAlias
# CPU
Cores
Cache
Memory
Typ
# DiskAnschlüsse
Grenze für
Durchsatz
Disk-Interface
Cougar Point
4 × SATA 3G
973 MB/s
Patsburg A
4 × SATA 3G
973 MB/s
Patsburg B
4 × SAS 3G
973 MB/s
Grenze für
PCIeEffektive
Durchsatz PCIeVersion PCIe-Breite
Interface
LSI1064
1
4 × SAS 3G
973 MB/s
1.0
x4
858 MB/s
LSI1068
1
8 × SAS 3G
1945 MB/s
1.0
x4
858 MB/s
LSI2008
1
8 × SAS 6G
3890 MB/s
2.0
x4
1716 MB/s
x8
3433 MB/s
LSI2108
1
DDR2 /
800 MHz
8 × SAS 6G
3890 MB/s
2.0
x4
1716 MB/s
x8
3433 MB/s
LSI2208-2.0
2
DDR3 /
1333 MHz
8 × SAS 6G
3890 MB/s
2.0
x4
1716 MB/s
x8
3433 MB/s
2
DDR3 /
1333 MHz
x4
3380 MB/s
x8
6761 MB/s
LSI2208-3.0
8 × SAS 6G
3890 MB/s
3890 MB/s
3.0
Für die Mehrzahl der Einsatzfälle stellen die Durchsatzgrenzen keinen Engpass dar. In der Praxis
überwiegen nämlich die Anwendungsszenarien mit wahlfreiem Zugriff auf konventionelle Festplatten, in
denen keine hohen Durchsätze erreicht werden.
Für Anwendungsfälle mit rein sequentiellem Zugriff und der häufigen Blockgröße 64 kB ergibt sich die
Limitierung im Falle von PCIe 1.0, x4, erst bei fünf konventionellen Festplatten; im Falle von PCIe 2.0, x8,
tritt sie erst bei 17 konventionellen Festplatten ein. Bei sequentiellen oder wahlfreien Zugriffen auf moderne
SAS-SSDs mit derselben Blockgröße ergibt sich die Limitierung im Falle von PCIe 2.0, x8, abhängig vom
Schreibanteil bei neun bis 15 SSDs.
Die Durchsatzwerte in der Spalte „Grenze für Durchsatz Disk-Interface“ gelten für die Gesamtheit der
Verbindungen zwischen dem Controller und den Festplatten. Die Durchsätze über diese SAS-/SATASchnittstelle sind nur im Falle von RAID 0 mit den Durchsätzen aus Sicht der Applikation identisch. Bei
anderen RAID-Levels ist der Durchsatz über die SAS-/SATA-Schnittstelle um einen spezifischen Faktor
gegenüber dem Durchsatz aus Sicht der Applikation multipliziert. Dieser Faktor ist immer ≥ 1 und hängt vom
RAID-Level und mehreren Merkmalen des Zugriffsmusters ab. Die realen Durchsatzgrenzen sind deswegen
immer um den erwähnten spezifischen Faktor niedriger als die Werte in der Spalte „Grenze für Durchsatz
Disk-Interface“.
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Sicherung des Controller-Caches gegen Stromausfall
Um bei einem Stromausfall die Daten im Cache zu sichern, werden für PRIMERGY Server derzeit zwei
Möglichkeiten angeboten:
Battery Backup Unit (BBU)
Die konventionelle Methode funktioniert mit einer Battery Backup Unit (BBU). Hier wird die Stromversorgung
des flüchtigen Cache-Speichers während der Zeit eines Stromausfalls über eine wiederaufladbare Batterie
(Akkumulator) gesichert. Da die Batterie eine begrenzte Kapazität hat, welche zudem aufgrund von
physikalischen und chemischen Prozessen mit der Zeit abnimmt, kann sie die Versorgung des CacheSpeichers nur begrenzte Zeit gewährleisten. Diese Zeit ist nicht konstant, sondern abhängig von mehreren
Einflussgrößen wie Alter der BBU, Ladestatus, Temperatur usw. Die BBU unterliegt daher einer
eingeschränkten Garantie.
Sobald der Strom wieder da und der Server hochgefahren ist, kann der RAID-Controller mit dem CacheSpeicherinhalt weiterarbeiten und die Daten bleiben konsistent.
Flash Backup Unit (FBU)
Mit der auf neuerer Technologie beruhenden Flash Backup Unit (FBU) werden die Daten bei einem
Stromausfall nicht im Cache-Speicher gehalten, sondern der Inhalt des Cache-Speichers wird in einen nicht
flüchtigen Flash-Speicher umkopiert. In diesem Flash-Speicher können die Daten fast beliebig lange
verbleiben, so dass hier die von der BBU bekannte Haltezeit kein Problem mehr ist.
Die Energie für den Kopiervorgang vom Cache-Speicher in den Flash-Speicher bei einem Stromausfall
kommt aus einem SuperCap (Super Capacitor - Super Kondensator).
Sobald der Strom wieder da und der Server hochgefahren ist, wird der Cache-Inhalt aus dem Flash-Speicher
wieder in den Cache-Speicher zurückgeschrieben. Der RAID-Controller kann nun wieder weiterarbeiten und
die Daten bleiben konsistent.
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Performance-relevante Einstellungen
Wesentlich für eine optimale Performance des RAID-Controllers ist eine richtige Parametereinstellung für
den jeweiligen RAID-Verband. Abhängig vom Controller gibt es einen unterschiedlichen Vorrat an
Parametern, die einstellbar sind. Zwecks einfacher und sicherer Handhabung der Einstellungen von RAIDController und Festplatten empfiehlt sich die für PRIMERGY Server mitgelieferte RAID-Manager-Software
„ServerView RAID“. Üblicherweise wird man – spezifisch für den Anwendungsfall – mittels der vordefinierten
Modi „Performance“ oder „Data Protection“ die kompletten Cache-Einstellungen für Controller und
Festplatten en bloc vornehmen. Der Modus „Performance“ gewährleistet für die Mehrzahl der
Anwendungsszenarien Performance-optimale Einstellungen.
Durch den Modus „Performance“ werden vorhandene Caches von Controller und Festplatten eingeschaltet,
daher sollte der Cache des RAID-Controllers in diesem Modus durch eine Battery Backup Unit (BBU) oder
Flash Back Unit (FBU) vor Datenverlust bei einem Stromausfall geschützt werden. Zusätzlich sollten auch
die Festplatten-Caches durch Einsatz einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) gesichert werden.
In speziellen Fällen kann eine Parametereinstellung sinnvoll sein, die von den Standardsetzungen des
Modus‘ „Performance“ abweicht. Falls dies sinnvoll ist, wird im entsprechenden Teil des Kapitels „ControllerVergleich“ darauf hingewiesen.
Hinter den Cache-Einstellungen der „ServerView RAID“ Software verbergen sich – abhängig vom Controller
– alle oder ein Teil der folgenden Einstellmöglichkeiten von RAID-Controller und Festplatten. Die ersten drei
Einstellmöglichkeiten steuern den RAID-Controller, die letzte die Festplatten des RAID-Verbands. Alle
Parameter sind spezifisch für jeden RAID-Verband einstellbar.
Read mode
Mit dem Parameter „Read mode“ kann das Cache-Verhalten beim Lesen beeinflusst werden. Es stehen die
zwei Optionen „No read-ahead“ und „Read-ahead“ zur Verfügung. Bei „No read-ahead“ findet kein Caching
beim Lesen statt. Bei "Read-ahead" macht der Controller dagegen Gebrauch vom Caching beim Lesen.
Die Onboard-Controller (z. B. Patsburg A) lesen bei der Option „Read-ahead“ generell Blöcke im Voraus. Die
PCIe-Controller mit Cache arbeiten bei dieser Option differenzierter: Die angeforderten Blöcke werden
kontinuierlich daraufhin analysiert, ob ein sequentieller Lesezugriff vorliegt. Erkennt der Controller einen
solchen Zugriff, so fängt er an, zusätzlich zum angeforderten Block auch die sequentiell nachfolgenden in
den Cache einzulesen, um sie für die erwarteten nächsten Anforderungen bereitzuhalten. Die jetzige Option
„Read-ahead“ ist also adaptiv. Hierin sind die beiden früheren Optionen „Read-ahead“ und „Adaptive“
verschmolzen.
Write mode
Unter dem Begriff „Write mode“ werden die Einstellmöglichkeiten des Controller-Caches zusammengefasst,
die die Behandlung von Schreibaufträgen steuern. Es gibt drei Optionen, um den Write-Cache einzustellen:
„Write-through“, „Write-back“ und „Always Write-back (independent of BBU state)“. Die Option „Writethrough“ garantiert, dass jeder Schreibauftrag vom Controller erst dann als erledigt zurückgemeldet wird,
wenn er von der Festplatte quittiert wurde. Bei den Optionen „Write-back“ und „Always Write-back“ werden
die Aufträge im Controller-Cache zwischengespeichert, der Anwendung sofort als erledigt quittiert und erst
später an die Festplatte übergeben. Diese Prozedur ermöglicht eine optimale Ausnutzung der ControllerRessourcen, eine schnellere Abfolge der Schreibaufträge und damit einen höheren Durchsatz. Eventuelle
Stromausfälle können durch eine optionale BBU/FBU überbrückt werden und die Integrität der Daten im
Controller-Cache ist damit garantiert. Die Option „Always Write-back“ schaltet den Write-Cache permanent
ein; er wird auch dann genutzt, wenn die BBU/FBU nicht einsatzbereit ist. Dagegen wird bei der Option
„Write-back“ automatisch auf „Write-through“ umgeschaltet, solange der Controller-Cache nicht durch die
BBU/FBU abgesichert ist.
Cache mode
Der Parameter „Cache Mode“, manchmal auch mit „I/O Cache“ bezeichnet, beeinflusst das Verhalten des
Controller-Caches beim Lesen. Die Option „Direct“ legt fest, dass die zu lesenden Daten direkt von der
Festplatte gelesen werden und auch nicht in dem Controller-Cache aufbewahrt werden. Die Alternative
„Cached“ bewirkt, dass zuerst versucht wird, die Daten im Controller-Cache zu finden und den Leseauftrag
damit zu befriedigen, bevor auf die Festplatte zugegriffen wird. Dabei werden alle Daten in den ControllerCache geschrieben, um für folgende Leseaufträge verfügbar zu sein.
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Disk cache mode
Die möglichen Werte sind „enabled” und „disabled”. Das Einschalten des Festplatten-Caches bringt in den
meisten Fällen eine Durchsatzsteigerung beim Schreibzugriff. Ist das System mit einer USV gesichert, so ist
das Einschalten des Festplatten-Caches aus Performance-Gründen zu empfehlen.
In der nächsten Tabelle ist dargestellt, welche dieser Einstellmöglichkeiten für die einzelnen Controller
existieren.
Controller-Alias
Read mode
Onboard-Controller Cougar Point

Onboard-Controller Patsburg A

Onboard-Controller Patsburg B

Write mode
Cache mode
LSI1064 / LSI 1068
LSI2008
LSI2108



LSI2208-1GB



LSI2208-512



LSI2208-Lite



Zur Vervollständigung gibt die folgende Tabelle noch eine Zusammenstellung der Einstellungen, die derzeit
in den Modi „Data Protection“ und Performance“ in ServerView RAID implementiert sind. Man beachte, dass
diese vordefinierten Einstellungskombinationen bei den Controllern mit Controller-Cache auch von der
Existenz einer BBU/FBU abhängen, aber unabhängig vom gewählten RAID-Level sind.
ControllerAlias
BBU/
FBU?
Data Protection
Read
mode
Write
mode
Cache
mode
Performance
Disk
cache
Read
mode
Write
mode
Cache
mode
Disk
cache
Onboard-Controller
Cougar Point
Readahead
off
Readahead
on
Onboard-Controller
Patsburg A
Readahead
off
Readahead
on
Onboard-Controller
Patsburg B
Readahead
off
Readahead
on
LSI1064 / LSI1068
off
on
LSI2008
off
on
LSI2108

LSI2208-1GB /
LSI2208-512
LSI2208-Lite
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

Readahead
Writethrough
Direct
off
Readahead
Always
Write-back
Direct
on
Readahead
Writeback
Direct
off
Readahead
Writeback
Direct
on
Readahead
Writethrough
Direct
off
Readahead
Always
Write-back
Direct
on
Readahead
Writeback
Direct
off
Readahead
Writeback
Direct
on
off
on
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MegaRAID Advanced Software Options
Die MegaRAID Advanced Software Options setzen sich aus CacheCade 2.0 und FastPath zusammen.
Hierbei werden zwei unterschiedliche Ansätze der Performance-Steigerung verfolgt, die es getrennt zu
betrachten gilt.
Die MegaRAID Advanced Software Options gibt es für den LSI2208-1GB- und LSI2208-512-Controller. Für
die Aktivierung ist ein spezieller Lizenz-Key erforderlich. Obwohl die kleinste Konfiguration bei den
MegaRAID Advanced Software Options zwei Festplatten verwendet, wird man typischerweise mehr
Festplatten einsetzen, so dass im Falle von Blade Servern ein LSI2208-512-Controller zusammen mit
PRIMERGY SX980 Storage Blades benutzt werden muss.
CacheCade 2.0
CacheCade 2.0 ist eine Read- bzw. Read-/Write-Caching Software für Hot Spot Daten, die in signifikanter
Weise die Zugriffszeiten bei der Nutzung von HDD-Verbänden reduziert, indem SSDs als nicht-flüchtiger,
dynamischer high-performance Controller Cache Pool verwendet werden. Dies verbindet in einfacher Weise
die beiden Vorteile der Festplattentypen HDD und SSD – große Kapazitäten und kurze Zugriffszeiten.
Voraussetzung und Einschränkung
Eine wesentliche Voraussetzung ist ein IO-Zugriffsschwerpunkt, ein sogenannter „Hot Spot“ der Applikation.
Die Daten sind dabei auf einem RAID-Verband aus HDDs, auf den wahlfrei (random) zugegriffen wird. Zur
Verbesserung der Zugriffszeiten sind SSDs erforderlich, die als CacheCade 2.0 Cache konfiguriert und dem
HDD-RAID-Verband zugeordnet werden. Diese HDDs und SSDs müssen am gleichen Controller
angeschlossen sein. Mögliche Konfigurationen des CacheCade 2.0 Caches sind RAID 0, RAID 1 und
RAID 1E bis maximal 512 GB nutzbare Cache-Kapazität. Über die Parametereinstellung „write through“ bzw.
„write back“ wird festgelegt, ob der Cache nur als Lese-Cache oder Schreib-/Lese-Cache verwendet wird.
Beispielkonfiguration
Eine typische Konfiguration für CacheCade 2.0 wäre z. B. ein HDD-Verband vom Typ RAID 0 aus vier
SATA-6G-HDDs und ein SSD-Verband vom Typ RAID 1 aus zwei SAS-6G-SSDs als CacheCade 2.0 Cache.
Diese Konfigurationen werden in diesem Dokument sowohl getrennt als auch in Kombination als CacheCade
2.0 näher betrachtet.
FastPath
FastPath ist ein High-Performance IO Accelerator für RAID-Verbände aus SSDs. Diese optimierte Version
der LSI MegaRAID Technologie erlaubt eine deutliche Performance-Steigerung von Applikationen mit einer
hohen IO-Last beim wahlfreien Zugriff, falls SATA-6G-SSDs oder SAS-6G-SSDs genutzt werden.
Voraussetzung und Einschränkung
Die Transaktionsrate von RAID-Verbänden aus hoch-performanten 6G-SSDs kann bei wahlfreiem Zugriff mit
kleinen Blöcken limitiert sein, obwohl die Durchsatzgrenze von SAS-/SATA-6G bzw. PCIe noch nicht erreicht
ist und eine ausreichende Anzahl SSDs zur Verfügung steht. In dem Fall ist es möglich, mit dem Einsatz von
FastPath die Transaktionsrate erheblich zu steigern.
Der IO-Bereich, ab dem FastPath erfolgreich eingesetzt werden kann, beginnt ab ca. 200000 IO/s pro
Controller. Im Kapitel „Messumgebung“ ist für eine SAS-6G-SSD eine maximale Transaktionsrate von
14184 IO/s für den wahlfreier Zugriff mit 8 kB Blockgröße und einen Leseanteil von 67% ausgewiesen.
Daraus lässt sich ableiten, dass die Begrenzung bei ca. vierzehn SSDs einsetzt.
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Besonderheiten der Onboard-Controller
Einige PRIMERGY Modelle bieten mit einem Onboard-Controller – derzeit CougarPoint, Patsburg A oder
Patsburg B – eine einfache, kostengünstige Einsteigerlösung für den Betrieb mit bis zu vier Festplatten. Mit
der Unterstützung von RAID 0, RAID 1 und RAID 10 bietet ein solcher Onboard-Controller eine Reihe von
gebräuchlichen RAID-Levels an und belegt keinen PCIe-Steckplatz.
Alle Controller, die über die PCIe-Schnittstelle angebunden sind, werden hier nicht als Onboard-Controller
behandelt, auch wenn sie auf dem Motherboard integriert sind (siehe Tabelle im Kapitel „Vorstellung der
RAID-Controller“).
Der Onboard-Controller ist als eine Firmware-/Treiber-basierte Software-RAID-Lösung realisiert. Sie ist
typischerweise im „Southbridge“-Chip integriert, der zum Motherboard-Chipsatz gehört. Während der BootPhase werden Zugriffe auf den RAID-Verband durch die Firmware realisiert. Sobald das Betriebssystem
aktiv ist, übernehmen geeignete Treiber diese Aufgabe.
Der Onboard-Controller hat keinen eigenen Prozessor, sondern nutzt die CPU des Server-Systems für die
RAID-Funktionalität. Der anteilige Konsum von Prozessorleistung des Servers fällt bei neueren Servern
immer weniger ins Gewicht.
CougarPoint
Der Onboard-Controller CougarPoint ist ein reiner SATA-Controller. Er kann über das BIOS in verschiedene
Modi eingestellt werden. Obwohl zur effektiven Benutzung dieses Typs von Controllern nur der Modus
„RAID“ in Frage kommt, seien der Vollständigkeit halber alle Modi dieser SATA-Controller vorgestellt. Die
fortgeschrittenen SATA-Features „Native Command Queuing“ (NCQ) und „hot swapping“ werden nicht in
allen Fällen unterstützt. Es gibt drei Modi:
RAID
Aufgrund seiner Flexibilität empfehlenswerter Modus. Nur hierbei ist eine problemlose
Migration einer SATA-HDD von einer Nicht-RAID- zu einer RAID-Konfiguration möglich.
Alle Funktionalitäten von SATA werden unterstützt, also auch NCQ und „hot swapping“.
Für die unterstützten RAID-Levels ist bei den PRIMERGY Servern eine Firmware namens
„LSI Logic Embedded MegaRAID“ im Controller-BIOS integriert. Nur in diesem Modus sind
RAID-Verbände bereits während der Boot-Phase möglich, und nur in diesem Modus sind
Controller und Festplatten in der RAID-Manager-Software „ServerView RAID“ sichtbar und
können dort verwaltet werden. Es sind spezielle Treiber notwendig.
AHCI
AHCI steht für „Advanced Host Controller Interface“ und ist ein herstellerübergreifender
Schnittstellenstandard für SATA-Controller. NCQ und „hot swapping“ werden unterstützt.
Auch für AHCI sind spezielle Treiber im Betriebssystem notwendig.
IDE
In dieser Betriebsart werden die SATA-Ports als solche dem Betriebssystem sichtbar
gemacht. NCQ wird nicht unterstützt. Es werden entsprechende SATA-Treiber benötigt,
die auf der Fujitsu „ServerStart DVD“ für verschiedene Betriebssysteme mitgeliefert
werden.
Patsburg A und Patsburg B
Der C600-Chipset der im Jahre 2012 freigegebenen Server-Generation mit zwei und mehr Prozessorsockeln
(z. B. PRIMERGY RX300 S7) hat eine völlig neue Architektur. Hierin ist erstmals ein SAS-/SATA-Controller
integriert. Standardmäßig arbeitet dieser Controller im SATA-Modus (Patsburg A). Mit dem zusätzlich
bestellbaren „SAS Enabling Key“ erfolgt der Upgrade auf die höherwertige SAS-/SATA-Variante
(Patsburg B).
Im BIOS einiger Server, die den Patsburg A/B enthalten, sind zwar Möglichkeiten zur SATA-Konfiguration
vorgesehen (u. a. „AHCI“), diese beziehen sich aber im Allgemeinen ausschließlich auf die SATAAnschlüsse für optische Laufwerke und finden bei den hier behandelten RAID-Konfigurationen keine
Verwendung.
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Messumfeld
Nachdem nun die unterschiedlichen Controller vorgestellt und ihre technischen Eigenschaften erläutert
worden sind, wollen wir im nachfolgenden Kapitel „Controller-Vergleich“ die Controller in verschiedenen
Anwendungsszenarien diskutieren und dies anhand von Messergebnissen untermauern. Daher seien zuerst
das Messverfahren und die Messumgebung an dieser Stelle kurz vorgestellt.
Alle Details des Messverfahrens und Grundlagen zur Disk-I/O-Performance sind im White Paper
„Grundlagen Disk-I/O-Performance“ beschrieben.
Messverfahren
Standardmäßig werden Performance-Messungen von Disk-Subsystemen bei PRIMERGY Servern mit einem
definierten Messverfahren durchgeführt, das die Festplattenzugriffe realer Anwendungsszenarien anhand
von Kenndaten modelliert.
Die wesentlichen Kenndaten sind:
 Anteil von wahlfreien Zugriffen / sequentiellen Zugriffen
 Anteil der Zugriffsarten Lesen / Schreiben
 Blockgröße (kB)
 Anzahl paralleler Zugriffe (# of Outstanding I/Os)
Eine gegebene Wertekombination dieser Kenndaten heißt „Lastprofil“. Die folgenden fünf Standardlastprofile
lassen sich typischen Anwendungsszenarien zuordnen:
Standardlastprofil
Zugriff
Zugriffsart
read
write
Blockgröße
[kB]
Anwendung
File copy
wahlfrei
50%
50%
64
Kopieren von Dateien
File server
wahlfrei
67%
33%
64
File-Server
Database
wahlfrei
67%
33%
8
Datenbank (Datentransfer)
Mail Server
Streaming
sequentiell
100%
0%
64
Datenbank (Log-File),
Datensicherung;
Video Streaming (teilweise)
Restore
sequentiell
0%
100%
64
Wiederherstellen von Dateien
Zur Modellierung parallel zugreifender Anwendungen mit unterschiedlicher Belastungsintensität wird die
„# of Outstanding I/Os” mit 1, 3, 8 beginnend bis 512 gesteigert (ab 8 in Zweierpotenzschritten).
Die Messungen des vorliegenden Dokumentes beruhen auf diesen Standardlastprofilen.
Die wichtigsten Ergebnisse einer Messung sind:



Throughput [MB/s]
Transactions [IO/s]
Latency [ms]
Datendurchsatz in Megabytes pro Sekunde
Transaktionsrate in I/O-Operationen pro Sekunde
mittlere Antwortzeit in ms
Für sequentielle Lastprofile hat sich der Datendurchsatz als übliche Messgröße durchgesetzt, während bei
den wahlfreien Lastprofilen mit ihren kleinen Blockgrößen meist die Messgröße „Transaktionsrate“
verwendet wird. Datendurchsatz und Transaktionsrate sind direkt proportional zueinander und lassen sich
nach der Formel
Datendurchsatz [MB/s]
= Transaktionsrate [IO/s] × Blockgröße [MB]
Transaktionsrate [IO/s]
= Datendurchsatz [MB/s] / Blockgröße [MB]
ineinander überführen.
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Messumgebung
Alle in diesem Dokument diskutierten Messergebnisse wurden mit den im Folgenden aufgelisteten
Hardware- und Software-Komponenten ermittelt:
System under Test (SUT)
PRIMERGY RX300 S7
PRIMERGY TX300 S7
PRIMERGY TX120 S3p
PRIMERGY BX920 S3
Microsoft Windows Server 2008 Enterprise x64 Edition SP2
Betriebssystem
ServerView RAID Manager 5.5.2
RAID Manager Software
ServerView RAID Manager 5.7.3
Initialisierung von RAIDRAID-Verbände werden vor der Messung mit einer elementaren Blockgröße von 64 kB
Verbänden
(„Stripe Size“) initialisiert
Dateisystem
NTFS
Messwerkzeug
Iometer 2006.07.27
Messdaten
Messdateien von 32 GB bei 1 – 8 Festplatten; 64 GB bei 9 – 16 Festplatten;
128 GB bei 17 oder mehr Festplatten
Onboard SATA Controller
Intel BD82C202 PCH, Cougar Point (in PRIMERGY TX120 S3p)
„Cougar Point“
Driver-Name: megasr1.sys, Driver-Version: 15:00.0329.2012
BIOS-Version: A. 10.03031333R
SATA RAID Modus
Onboard SATA Controller
Intel C600 Chipset (in PRIMERGY RX300 S7)
„Patsburg A“
BIOS-Version: SCU.11.03201000R
Onboard SAS Controller
Intel C600 Chipset (in PRIMERGY RX300 S7)
„Patsburg B“
BIOS-Version: SCU.11.03201000R
SAS Enabling Key
Controller
Driver-Name: lsi_sas.sys, Driver-Version: 1.34.03.00
„RAID 0/1 SAS based on LSI Firmware-Version: 1.33.00.00
MegaRAID 4Port”
BIOS-Version: 6.36.00.00
(LSI MegaRAID SAS 1064)
Controller
Driver-Name: lsi_sas.sys, Driver-Version: 1.34.03.00
„RAID 0/1 SAS based on LSI Firmware-Version: 1.33.00.00
MegaRAID 8Port”
BIOS-Version: 6.36.00.00
Controller
Driver-Name: megasas2.sys, Driver-Version: 5.2.103.64
„RAID Ctrl SAS 6G 0/1”
Firmware-Paket: 20.10.1-0075, Firmware-Version: 2.120.224-1451
Controller
„RAID Ctrl SAS 5/6 512MB
(D2616)”
Controller Cache: 512 MB
Controller
„RAID Ctrl SAS 6G 5/6 1GB Firmware-Paket: 23.2.1-0048, Firmware-Version: 3.152.65-1626
Controller Cache: 1 GB
(D3116)”
Driver-Name: megasas2.sys, Driver-Version: 6.505.5
Controller
„RAID Ctrl SAS 6G 5/6 1GB Firmware-Paket: 23.9.0-0023, Firmware-Version: 3.220.75-2196
Controller Cache: 1 GB
(D3116C)”
Controller
„PY SAS RAID HDD
Controller Cache: 512 MB
Module”
Controller
„PY SAS RAID HDD Module Firmware-Paket: 23.2.1-0049, Firmware-Version: 3.152.74-1659
w/o cache”
SATA-6G-HDD
Seagate ST91000640NS, 2.5, 1000 GB, 7200 rpm, 6 Gb/s
Modelle
SAS-6G-HDD
Toshiba MK1401GRRB, 2.5, 146 GB, 15000 rpm, 6 Gb/s
SAS-6G-SSD
Seagate ST200FM0002, 2.5, 200 GB, 6 Gb/s
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Die für den Controller-Vergleich verwendeten Festplattenmodelle sind im Folgenden noch einmal ausführlich
zusammen mit ihren grundlegenden Performance-Daten zusammengestellt, da diese für das Verständnis
der mit den Controllern erzielten Performance-Werte wichtig sind. Bei den klassischen Festplatten (HDDs)
wurden je eine leistungsfähige SATA-6G- und eine SAS-6G-Festplatte ausgewählt, und eine 200 GB SAS6G-SSD repräsentiert die Klasse der SSDs.
Dargestellt sind jeweils die mit einer einzelnen Festplatte gemessenen Maximalwerte für die fünf
Standardlastprofile im vorhergehenden Unterkapitel „Messverfahren“. In allen Fällen ist der FestplattenCache eingeschaltet, da dies fast immer die optimale Performance garantiert.
Festplattentyp
KurzBezeichnung
(Alias)
Sequentieller MaximalDurchsatz
[MB/s]
64 kB Blockgröße
Lesen
Schreiben
Maximale Transaktionsraten für
wahlfreie Zugriffe [IO/s]
8 kB
Blockgröße
64 kB
Blockgröße
Leseanteil:
Leseanteil:
67%
HDD SATA, 6 Gb/s, 2.5
1000 GB, 7200 rpm
hot-plug-fähig
Kategorie geschäftskritisch (BC)
67%
50%
SATA-6G-HDD
108 MB/s
107 MB/s
372 IO/s
317 IO/s
314 IO/s
HDD SAS, 6 Gb/s, 2.5
146 GB, 15000 rpm,
Kategorie Enterprise (EP)
SAS-6G-HDD
207 MB/s
204 MB/s
594 IO/s
506 IO/s
492 IO/s
SSD SAS, 6 Gb/s, 2.5
200 GB,
hot-plug-fähig,
Kategorie Enterprise (EP)
SAS-6G-SSD
339 MB/s
196 MB/s
14184 IO/s
3006 IO/s 2985 IO/s
Diese und weitere Informationen zu den für die PRIMERGY Server freigegebenen Festplatten finden sich im
White Paper „Performance einzelner Festplatten“.
Seite 17 (54)
Version: 2.0a  2013-08-01
Controller-Vergleich
In den bisherigen Kapiteln sind alle wesentlichen Vorinformationen zu den Controllern gegeben worden.
Diese Informationen werden schon in vielen Fällen die Controller-Auswahl für einen gegebenen
Anwendungsfall einengen. Wenn weitere kundenseitige Informationen über den geplanten Controller-Einsatz
hinzugenommen werden, lässt sich schon sehr viel mehr über die mit den einzelnen Controllern zu
erwartende Performance sagen. In diesem Kapitel sollen daher die Controller differenziert für verschiedene
RAID-Levels, Anwendungsszenarien, Belastungsintensitäten, Festplattenanzahlen sowie Festplattentechnologien verglichen werden. Die Aussagen werden dabei mit Hilfe von Messergebnissen
veranschaulicht. Die Vergleiche sind gegliedert in die folgenden Unterkapitel, die unabhängig voneinander
gelesen werden können:






RAID 1 (zwei SATA-Festplatten)
RAID 1 (zwei SAS-Festplatten)
RAID 0 und 10 (vier SATA-Festplatten)
RAID 0 und 10 (fünf bis acht Festplatten)
RAID 0 und 10 (mehr als acht Festplatten)
RAID 5
Allgemeine Vorbemerkungen zu den Vergleichen:








Bei den Vergleichen werden meist die im Kapitel „Messverfahren“ beschriebenen fünf Lastprofile
„File copy“, „Database“, „File server“, „Streaming“ und „Restore“ verwendet. Damit wird eine
angemessene Abdeckung der wahlfreien und sequentiellen Anwendungsszenarien erreicht. Wenn
das kundenseitige Belastungsprofil wesentlich hiervon abweicht, gelten die hier gemachten
Aussagen nicht mehr uneingeschränkt.
Als Maß für die Leistungsfähigkeit eines Disk-Subsystems wird wie allgemein üblich bei wahlfreien
Lastprofilen die Transaktionsrate in IO/s angegeben und bei sequentiellen Lastprofilen der
Durchsatz in MB/s.
Es werden jeweils alle Controller diskutiert, die den gerade betrachteten RAID-Level und
Festplattentyp unterstützen.
Zwecks besserer Überschaubarkeit beschränken sich die Grafiken des aktuellen Kapitels meist auf
die erreichbaren Maximalwerte. Diese werden in der Regel erst bei einer hohen Belastungsintensität
des Disk-Subsystems erreicht.
Exemplarisch für die Festplattentechnologien werden die drei im Kapitel „Messumgebung“ näher
behandelten Festplattentypen benutzt (SATA-6G-HDD, SAS-6G-HDD und SAS-6G-SSD). Dort sind
auch deren wesentliche Performance-Daten zusammengestellt. An einigen Stellen in den folgenden
Vergleichen werden die erreichten Performance-Werte auf Basis der Performance-Daten dieser
Festplattentypen erklärt.
Da die maximal mit den Controllern erreichbare Performance Gegenstand dieses Dokumentes ist,
wurden für die Messungen die unveränderten Cache- und Festplatteneinstellungen von „ServerView
RAID“ im Modus „Performance“ zugrunde gelegt, und nicht die des Modus‘ „Data Protection“. Bei
ausreichender kundenseitiger Absicherung gegen Stromausfälle ist diese Einstellung sinnvoll. Wenn
eine Änderung dieser Einstellungen vorteilhaft ist, wird das im Einzelfall erwähnt.
Konventionelle Festplatten (im Gegensatz zu SSDs) werden bei den nun folgenden ControllerVergleichen nur noch kurz als „HDDs“ bezeichnet.
Die Gruppe der LSI2208-Controller unterstützt in der neuesten Generation PCIe 3.0. Dies bedeutet
im Wesentlichen eine höhere Durchsatzgrenze, die in Konfigurationen mit vielen Festplatten erreicht
wird. Daher gelten Aussagen über Konfigurationen mit bis zu acht Festplatten noch gleichermaßen
für die Generationen PCIe 2.0 und 3.0. In den entsprechenden Kapiteln werden die beiden
Generationen also nicht getrennt dargestellt. Nur bei den größeren Konfigurationen RAID 0 und
RAID 10 mit mehr als acht Festplatten, sowie RAID 5 mit 24 Festplatten ist eine getrennte
Behandlung der Generation PCIe 3.0 sinnvoll, und zwar anhand des LSI2208-1G-3.0-Controllers.
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RAID 1 (zwei SATA-Festplatten)
Diesen Fall lohnt es gesondert zu betrachten, da nur so alle Onboard-Controller und ein großer Teil der
PCIe-Controller miteinander verglichen werden können. Dies geschieht mit der im Kapitel „Messumgebung“
näher beschriebenen SATA-6G-HDD. Die Performance-Werte für die einzelnen Lastprofile werden
größtenteils durch die HDDs bestimmt, da die Controller bei dieser HDD-Anzahl noch nicht an ihren Grenzen
arbeiten.
Wahlfreie Zugriffe
RAID 1 mit zwei SATA-6G-HDDs
Die Grafik zeigt einen Controller-Vergleich für zwei SATA-6G-HDDs konfiguriert als RAID 1. Die drei
Säulengruppen in der Grafik stellen die Transaktionsraten für die Standardlastprofile „File copy“ (wahlfreier
Zugriff, 50% read, 64 kB Blockgröße), „File server“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 64 kB Blockgröße) und
„Database“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 8 kB Blockgröße) dar.
File copy
File server
LSI2208
LSI2108
LSI2008
Patsburg A/B
CougarPoint
LSI2208
LSI2108
LSI2008
Patsburg A/B
CougarPoint
LSI2208
LSI2108
LSI2008
Patsburg A/B
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
CougarPoint
Transaction rate [IO/s]
Maximale Transaktionsraten, wahlfreier Zugriff, RAID 1, 2 SATA-6G-HDDs
Database
Der LSI2108- und der LSI2208-Controller liefern hier insgesamt die höchsten Transaktionsraten.
Seite 19 (54)
Version: 2.0a  2013-08-01
Sequentielle Zugriffe
RAID 1 mit zwei SATA-6G-HDDs
Die nächste Grafik zeigt einen Controller-Vergleich für zwei SATA-6G-HDDs konfiguriert als RAID 1. Die
zwei Säulengruppen in der Grafik stellen die Durchsätze für die Standardlastprofile „Streaming“
(sequentieller Zugriff, 100% read, 64 kB Blockgröße) und „Restore“ (sequentieller Zugriff, 100% write, 64 kB
Blockgröße) dar.
Maximale Durchsätze, sequentieller Zugriff, RAID 1, 2 SATA-6G-HDDs
220
Throughput [MB/s]
200
180
160
140
120
100
LSI2208
LSI2108
LSI2008
Patsburg A/B
CougarPoint
LSI2208
LSI2108
20
LSI2008
40
Patsburg A/B
60
CougarPoint
80
0
Streaming
Restore
Insgesamt liegen in der Mehrzahl der Fälle bei diesem RAID-Level die maximalen Durchsätze nahe bei den
Maximalwerten einer einzelnen Festplatte.
Beim Lesen nutzen der LSI2008-, der LSI2108- und der LSI2208-Controller bei höheren
Belastungsintensitäten beide Festplatten und zeigen dadurch einen höheren maximalen Durchsatz.
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Version: 2.0a  2013-08-01
RAID 1 (zwei SAS-Festplatten)
Auch diesen Fall lohnt es gesondert zu betrachten, da nur hier alle PCIe-Controller und zumindest ein
Onboard-Controller miteinander verglichen werden können. Dies geschieht mit der im Kapitel
„Messumgebung“ näher beschriebenen SAS-6G-HDD und der SAS-6G-SSD.
Wahlfreie Zugriffe
RAID 1 mit zwei SAS-6G-HDDs
Die Grafik zeigt einen Controller-Vergleich für zwei SAS-6G-HDDs konfiguriert als RAID 1. Die drei
Maximale Transaktionsraten, wahlfreier Zugriff, RAID 1, 2 SAS-6G-HDDs
1100
1000
900
800
700
600
500
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
LSI1068
LSI1064
Patsburg B
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
LSI1068
Patsburg B
LSI1064
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
100
LSI1068
200
LSI1064
300
Patsburg B
400
0
File copy
File server
Database
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Version: 2.0a  2013-08-01
RAID 1 mit zwei SAS-6G-SSDs
Die Grafik zeigt einen Controller-Vergleich für zwei SAS-6G-SSDs konfiguriert als RAID 1. Die drei
Maximale Transaktionsraten, wahlfreier Zugriff, RAID 1, 2 SAS-6G-SSDs
22000
20000
18000
16000
14000
12000
10000
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
Patsburg B
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
Patsburg B
LSI2208-1G
2000
LSI2108
4000
LSI2008
6000
Patsburg B
8000
0
File copy
File server
Database
RAID 1 mit zwei SAS-6G-HDDs
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
LSI1068
LSI1064
Patsburg B
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
LSI1068
40
LSI1064
80
Patsburg B
Throughput [MB/s]
Die nächste Grafik zeigt einen Controller-Vergleich für zwei SAS-6G-HDDs konfiguriert als RAID 1. Die zwei
Säulengruppen in der Grafik stellen die Durchsätze für die Standardlastprofile „Streaming“ (sequentieller
Zugriff, 100% read, 64 kB Blockgröße) und „Restore“ (sequentieller Zugriff, 100% write, 64 kB Blockgröße)
dar.
Maximale Durchsätze, sequentieller Zugriff, RAID 1, 2 SAS-6G-HDDs
Beim Schreiben liegen in
allen Fällen bei diesem
RAID-Level die maximalen
400
Durchsätze nahe bei den
360
Maximalwerten
einer
einzelnen Festplatte.
320
Beim Lesen nutzen hier alle
280
Controller
außer
dem
240
Patsburg B bei höheren
Belastungsintensitäten
200
beide HDDs und erreichen
160
dadurch
höhere
Lesedurchsätze,
als
eine
120
einzelne HDD liefern würde.
0
Streaming
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Restore
Version: 2.0a  2013-08-01
RAID 1 mit zwei SAS-6G-SSDs
Streaming
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
Patsburg B
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
250
200
150
100
50
0
Patsburg B
Throughput [MB/s]
Die nächste Grafik zeigt einen Controller-Vergleich für zwei SAS-6G-SSDs konfiguriert als RAID 1. Die zwei
Säulengruppen in der Grafik stellen die Durchsätze für die Standardlastprofile „Streaming“ (sequentieller
Zugriff, 100% read, 64 kB Blockgröße) und „Restore“ (sequentieller Zugriff, 100% write, 64 kB Blockgröße)
dar.
Beim Schreiben liegen in
allen Fällen bei diesem
Maximale Durchsätze, sequentieller Zugriff, RAID 1, 2 SAS-6G-SSDs
RAID-Level die maximalen
Durchsätze nahe bei den
750
Maximalwerten
einer
700
einzelnen Festplatte.
650
Beim Lesen nutzt hier die
600
550
Mehrzahl der Controller bei
500
höheren
Belastungs450
intensitäten beide SSDs und
400
erreicht dadurch höhere
350
Lesedurchsätze, als eine
300
einzelne SSD liefern würde.
Restore
Der Patsburg-B-Controller erreicht beim Standardlastprofil „Streaming“ etwa 500 MB/s. Das entspricht etwa
der zweifachen praktischen Durchsatzgrenze einer SAS-3G-Verbindung. Damit sind die beiden SAS-3GVerbindungen vollständig ausgelastet. Die höchsten sequentiellen Durchsätze erzielt man hier mit dem
LSI2108- und dem LSI2208-Controller. Beide erreichen beim Standardlastprofil „Streaming“ Durchsätze von
deutlich mehr als 500 MB/s.
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Version: 2.0a  2013-08-01
RAID 0 und 10 (vier SATA-Festplatten)
In diesem Unterkapitel werden die in RAID 1 (zwei SATA-Festplatten) durchgeführten Controller-Vergleiche
fortgeführt für vier Festplatten. Bei dieser höheren Festplattenanzahl zeigen sich schon klare Unterschiede
zwischen den Controllern.
Im Falle von RAID 0 haben die Controller mit Cache in der Regel eine höhere maximale Performance, wenn
man den Controller-Cache abschaltet. Daher beruhen die Transaktionsraten des LSI2108- und LSI2208-1GControllers in diesem Unterkapitel auf folgenden Änderungen gegenüber den Standardeinstellungen des
Modus‘ „Performance“ von ServerView RAID:


Read Mode von „Read-ahead” nach „No read-ahead“
Write Mode von „Always write-back” nach „Write-through“
Für RAID 10 wurden die Standardeinstellungen verwendet.
Wahlfreie Zugriffe
RAID 0 mit vier SATA-6G-HDDs
Die nächste Grafik stellt die mit den verschiedenen Controllern erreichbaren Transaktionsraten des
Festplattenverbandes für RAID 0 bei wahlfreien Lastprofilen dar. Die drei Säulengruppen zeigen die
Transaktionsraten für die Standardlastprofile „File copy“ (wahlfreier Zugriff, 50% read, 64 kB Blockgröße),
„File server“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 64 kB Blockgröße) und „Database“ (wahlfreier Zugriff, 67% read,
8 kB Blockgröße).
File copy
File server
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
Patsburg A
CougarPoint
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
Patsburg A
CougarPoint
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
Patsburg A
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
CougarPoint
Database
Es ist deutlich zu erkennen, dass die Transaktionsraten umso höher sind, je höherwertiger der Controller ist.
Seite 24 (54)
Version: 2.0a  2013-08-01
8 kB Blockgröße).
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
Patsburg A
CougarPoint
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
Patsburg A
CougarPoint
LSI2208-1G
LSI2108
100
LSI2008
200
Patsburg A
300
CougarPoint
400
0
File copy
File server
Database
Auch hier ist deutlich zu erkennen, dass die Transaktionsraten umso höher sind, je höherwertiger der
Controller ist.
Seite 25 (54)
Version: 2.0a  2013-08-01
Die nächste Grafik stellt die mit den verschiedenen Controllern erreichbaren maximalen Durchsätze des
Festplattenverbandes für RAID 0 bei sequentiellen Lastprofilen dar. Die beiden Säulengruppen in der Grafik
zeigen die Durchsätze für die Standardlastprofile „Streaming“ (sequentieller Zugriff, 100% read, 64 kB
Blockgröße) und „Restore“ (sequentieller Zugriff, 100% write, 64 kB Blockgröße).
In diesen Fällen liefern alle
Controller etwa die gleiche
Performance.
450
350
300
250
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
Patsburg A
CougarPoint
LSI2208-1G
50
LSI2108
100
LSI2008
150
Patsburg A
200
CougarPoint
Throughput [MB/s]
400
0
Streaming
Restore
Throughput [MB/s]
Die nächste Grafik stellt die mit den verschiedenen Controllern erreichbaren maximalen Durchsätze des
Festplattenverbandes für RAID 10 bei sequentiellen Lastprofilen dar. Die beiden Säulengruppen in der
Grafik zeigen die Durchsätze für die Standardlastprofile „Streaming“ (sequentieller Zugriff, 100% read, 64 kB
In den meisten dieser Fälle
liefern alle Controller die
gleiche
Performance.
Lediglich
der
LSI2108400
Controller arbeitet in diesem
Fall beim Standardlastprofil
350
„Streaming“ in einem Bereich,
in dem er nicht nur von zwei,
300
sondern von vier HDDs
250
gleichzeitig liest und dadurch
den Durchsatz deutlich über
200
den doppelten Wert für eine
einzelne HDD steigern kann.
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
Patsburg A
CougarPoint
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
50
Patsburg A
100
CougarPoint
150
0
Streaming
Seite 26 (54)
Restore
Version: 2.0a  2013-08-01
RAID 0 und 10 (fünf bis acht Festplatten)
Zum Betrieb von mehr als vier Festplatten in den jetzigen PRIMERGY-Servern reichen die OnboardController nicht mehr aus, daher werden im Folgenden ausschließlich die PCIe-Controller verglichen. Da
zwei der PCIe-Controller für maximal acht Festplatten freigegeben sind (LSI1068 und LSI2008), ist es
sinnvoll einen Vergleich aller Controller bei acht angeschlossenen Festplatten durchzuführen. Die in diesem
Unterkapitel zusammengestellten Performance-Werte decken zugleich repräsentativ den Bereich mittlerer
Festplattenanzahlen ab. Da hierbei speziell die Maximalwerte bei höherem Performance-Bedarf
interessieren, werden zur Verdeutlichung Messungen mit leistungsfähigen SAS-6G-HDDs oder SAS-6GSSDs benutzt. Diese Festplatten sind im Kapitel „Messumgebung“ näher beschrieben.
Im Gegensatz zum LSI1068-Controller wird der LSI1064-Controller hier nicht mehr betrachtet, da letzterer in
allen freigegebenen Konfigurationen maximal den Anschluss von vier Festplatten erlaubt. Die Performancerelevanten Aspekte dieses Controllers sind ausreichend im vorigen Unterkapitel „RAID 1 (zwei SASFestplatten)“ behandelt worden.


Wahlfreie Zugriffe
Bei der Betrachtung der wahlfreien Zugriffe für größere Anzahlen von Festplatten ist es sinnvoll, zwischen
HDDs und SSDs zu unterscheiden, da die Maximalwerte bei SSDs in einer ganz anderen Größenordnung
liegen.
HDDs
Im Folgenden werden die Controller bei wahlfreien Zugriffen auf HDDs verglichen. Hierbei sind die
maximalen Transaktionsraten des Speichermediums für das verwendete Lastprofil der wichtigste
begrenzende Faktor. Dennoch ist die Performance in solchen Fällen nicht ganz unabhängig vom Controller,
da es bei den Controllern ohne Cache (LSI1068 und LSI2008) noch einen zusätzlichen Einfluss gibt, auf den
an den entsprechenden Stellen hingewiesen wird. Obwohl die nun folgenden Resultate mit acht SAS-6GHDDs gewonnen wurden, kann man sie auch verwenden, um für andere Festplattentypen und -anzahlen
(≤ 8) die zu erwartenden maximalen Transaktionsraten abzuschätzen. Die Durchsätze, die bei wahlfreien
Zugriffen auf HDDs entstehen, sind so niedrig, dass eventuelle Limitierungen an der PCIe- oder SASSchnittstelle der Controller keine Rolle spielen.
Seite 27 (54)
Version: 2.0a  2013-08-01
RAID 0 mit acht SAS-6G-HDDs
8 kB Blockgröße).
6500
6000
5500
5000
4500
4000
3500
3000
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
LSI1068
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
LSI1068
500
LSI2108
1000
LSI2008
1500
LSI1068
2000
LSI2208-1G
2500
0
File copy
File server
Database
Die zwei rechten Säulen in jeder der drei Säulengruppen dieser Grafik stellen die zwei Controller mit Cache
dar (LSI2108 und LSI2208-1G). Beide erreichen für jedes der drei Lastprofile ungefähr die maximale
Transaktionsrate dieses RAID-Verbandes. Die beiden anderen Controller (LSI1068 und LSI2008) erreichen
jeweils nur etwa 60% bis 90% davon. Eine genauere Analyse der Transaktionsraten würde zeigen, dass
diese beiden Controller für wahlfreie Lastprofile bei niedrigen bis mittleren Belastungsintensitäten (bis zu
etwa 32 parallelen Zugriffen beim LSI2008 bzw. 64 beim LSI1068) ähnliche Performance-Werte haben wie
die beiden Controller mit Cache. Für höhere Parallelitäten behalten dann der LSI1068- und der LSI2008Controller die bis dahin erreichten Transaktionsraten bei.
Dieser prinzipielle Unterschied zwischen den beiden Gruppen von Controllern bei wahlfreien Zugriffen ist
hier exemplarisch für acht Festplatten dargestellt. Der genaue Prozentsatz dieses Unterschiedes hängt von
der Größe des RAID-Verbandes und vom Festplattentyp ab. Der Unterschied ist auch für RAID-Verbände
mit kleineren Festplattenanzahlen relevant, sofern solche RAID-Verbände eine Performance-Steigerung
oberhalb von 32 parallelen Zugriffen zeigen können. Bei den Messungen im Unterkapitel „RAID 1 (zwei
SAS-Festplatten)“ ist der Unterschied noch nicht erkennbar, bei den Messungen in RAID 0 und 10 (vier
SATA-Festplatten) ist er jedoch schon signifikant.
Bei den vorgestellten Messungen fällt übrigens auf, dass für die Lastprofile mit der Blockgröße 64 kB nur
etwa die halbe Transaktionsrate möglich ist wie bei dem Lastprofil mit der 8 kB Blockgröße, obwohl die
1
maximalen Transaktionsraten des verwendeten HDD-Typs bei allen drei Lastprofilen relativ ähnlich sind.
1
Der Grund ist die Initialisierung des RAID-Verbandes mit der elementaren Blockgröße von 64 kB („stripe size“). Das
wahlfreie Lastprofil mit der Blockgröße 8 kB, die klein ist gegenüber der „stripe size“, kann direkt nach der Formel
HDD-Anzahl × HDD-Performance abgeschätzt werden. Verwendet das Lastprofil die gleiche Blockgröße, mit der der
RAID-Verband initialisiert wurde, kann nur etwa die Hälfte davon erreicht werden. Eine ausführliche Begründung
würde hier zu weit führen.
Seite 28 (54)
Version: 2.0a  2013-08-01
Festplattenverbandes für RAID 10 bei wahlfreien Lastprofilen dar. Die drei Säulengruppen in der Grafik
zeigen die Transaktionsraten für die Standardlastprofile „File copy“ (wahlfreier Zugriff, 50% read, 64 kB
Blockgröße), „File server“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 64 kB Blockgröße) und „Database“ (wahlfreier
Zugriff, 67% read, 8 kB Blockgröße). Der LSI1068-Controller ist hier nicht mehr vertreten, da er RAID 10
nicht unterstützt.
4500
4000
3500
3000
2500
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
LSI2208-1G
LSI2108
500
LSI2108
1000
LSI2008
1500
LSI2008
2000
LSI2208-1G
5000
0
File copy
File server
Database
In der Grafik zeigt sich dasselbe prinzipielle Verhalten wie bei RAID 0. Das heißt: Der Controller ohne Cache
(LSI2008) erreicht für alle drei dargestellten Lastprofile maximal etwa 70% der Transaktionsrate der anderen
beiden Controller mit Cache. Auch für diesen RAID-Level ist das ein Performance-Unterschied, der sich erst
oberhalb von 32 parallelen Zugriffen auf den RAID-Verband ergibt.
Seite 29 (54)
Version: 2.0a  2013-08-01
SSDs
Während bei wahlfreien Zugriffen auf eine einzelne HDD die maximal mögliche Transaktionsrate bei
eingeschaltetem Festplatten-Cache normalerweise < 700 IO/s ist, ist sie bei einer SAS-6G-SSD ungefähr um
den Faktor 20 größer. Durch eine so hohe Transaktionsrate können Verbände aus mehreren SAS-6G-SSDs
auch bei wahlfreien Zugriffen Durchsätze von mehreren hundert MB/s liefern. Das wiederum bedeutet, dass
die Ressourcen und Schnittstellen der Controller in viel höherem Maße ausgelastet werden als bei HDDs
und die Unterschiede zwischen den Controller-Generationen erkennbar werden.
RAID 0 mit acht SAS-6G-SSDs
Die nächste Grafik stellt die mit den verschiedenen Controllern erreichbaren Transaktionsraten des SSDVerbandes für RAID 0 bei wahlfreien Lastprofilen dar. Die drei Säulengruppen zeigen die Transaktionsraten
für die Standardlastprofile „File copy“ (wahlfreier Zugriff, 50% read, 64 kB Blockgröße), „File server“
(wahlfreier Zugriff, 67% read, 64 kB Blockgröße) und „Database“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 8 kB
Blockgröße).
120000
110000
100000
90000
80000
70000
60000
50000
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
10000
LSI2108
20000
LSI2008
30000
LSI2208-1G
40000
0
File copy
File server
Database
Am leistungsfähigsten ist hier der LSI2208-1G-Controller.
Es ist auch interessant, sich die Durchsatzwerte klarzumachen, die mit diesen Transaktionsraten verbunden
sind. Trotz der geringeren Transaktionsraten haben die beiden Lastprofile mit 64 kB Blockgröße die höheren
Durchsätze. Der LSI2208-1G-Controller bewältigt beispielsweise beim Lastprofil „File server“ etwa
1563 MB/s Durchsatz.
Die nächste wesentliche Frage lautet: Inwieweit skaliert die nutzbare Transaktionsrate eines solchen RAIDVerbandes mit der SSD-Anzahl? Der LSI2208-1G-Controller erreicht bei acht SSDs für alle drei wahlfreien
Lastprofile etwa die achtfache Transaktionsrate einer einzelnen SSD; er ist also noch nicht überlastet. Der
LSI2108-Controller erreicht je nach wahlfreiem Lastprofil etwa das Fünf- bis Siebenfache einer einzelnen
SSD; er wäre also schon etwas im Überlastbereich.
Seite 30 (54)
Version: 2.0a  2013-08-01
Blockgröße).
60000
55000
50000
45000
40000
35000
30000
25000
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
5000
LSI2108
10000
LSI2008
15000
LSI2208-1G
20000
0
File copy
File server
Database
Auch hier hat der LSI2208-1G-Controller einen sehr deutlichen Vorsprung, vor allem bei kleinen Blöcken.
Seite 31 (54)
Version: 2.0a  2013-08-01
Im Folgenden werden anhand von Messungen mit acht Festplatten allgemeingültige Aussagen über die
Controller bei sequentiellen Zugriffen zusammengestellt. Hierbei ist es sinnvoll, zwischen HDDs und SSDs
zu unterscheiden, da bei den HDDs ein Controller-Modell mehr freigegeben ist und bei den SSDs die
Durchsatzgrenzen des LSI2008-Controllers besser veranschaulicht werden können. Für andere
Festplattentypen und -anzahlen (≤ 8) kann man sich die zu erwartenden maximale Durchsätze hieraus durch
geeignete Multiplikation errechnen. Wenn der so errechnete Durchsatz den Grenzwert des Controllers
übersteigt, wird der Controller-Grenzwert wirksam.
HDDs
Die nächste Grafik stellt die mit den verschiedenen Controllern erreichbaren Durchsätze des
1600
1400
1200
1000
PCIe 1.0-x4
800
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
LSI2108
LSI2008
200
LSI1068
400
LSI1068
600
LSI2208-1G
Throughput [MB/s]
Die Grafik zeigt, dass für
sequentielle Durchsätze von
800 MB/s oder mehr der
LSI1068-Controller
nicht
mehr ausreicht. Dies ist
bedingt
durch
die
Durchsatzgrenze der PCIeSchnittstelle (PCIe 1.0, x4,
schwarze
gestrichelte
waagerechte Linie). Für
höhere Durchsätze ist also
einer der drei anderen
Controller zu verwenden.
0
Streaming
Seite 32 (54)
Restore
Version: 2.0a  2013-08-01
1400
1200
1000
800
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2108
200
LSI2008
400
LSI2008
600
LSI2208-1G
Throughput [MB/s]
Beim sequentiellen Lesen und
Schreiben erreichen oder
übertreffen
alle
drei
betrachteten Controller für
diesen RAID-Verband einen
Durchsatz von annähernd
dem vierfachen Maximaldurchsatz einer einzelnen
HDD
(hier
also
etwa
800 MB/s).
0
Streaming
Restore
Seite 33 (54)
Version: 2.0a  2013-08-01
SSDs
Insgesamt kommt man hier
mit
dem
LSI2208-1GController am weitesten.
Streaming
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
LSI2208-1G
LSI2108
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
LSI2008
Throughput [MB/s]
Restore
Auch hier kommt man mit
dem LSI2208-1G-Controller
am weitesten.
Streaming
Seite 34 (54)
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2008
LSI2208-1G
LSI2108
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
LSI2008
Throughput [MB/s]
Restore
Version: 2.0a  2013-08-01
RAID 0 und 10 (mehr als acht Festplatten)
Zum Betrieb von mehr als acht Festplatten in den jetzigen PRIMERGY-Servern stehen die drei
leistungsfähigsten Controller zur Verfügung: der LSI2108-Controller und der LSI2208-1G-2.0- bzw. LSI22081G-3.0-Controller. Hiermit sind derzeit Server-Konfigurationen mit bis zu 24 internen Festplatten möglich
(z. B. in der PRIMERGY TX300 S7). Die Vergleiche bei RAID 0 werden mit 24 Festplatten durchgeführt, und
die Vergleiche bei RAID 10 mit 16 Festplatten (letzteres ist bei RAID 10 die derzeitige Obergrenze für einen
einzelnen RAID-Verband). Hierdurch wird repräsentativ der Bereich großer Festplattenanzahlen abgedeckt.
Wie auch im vorhergehenden Unterkapitel werden zur Verdeutlichung Messungen mit leistungsfähigen SAS6G-HDDs oder SAS-6G-SSDs benutzt. Diese Festplatten sind im Kapitel „Messumgebung“ näher
beschrieben.


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Wahlfreie Zugriffe
Bei der Betrachtung der wahlfreien Zugriffe für größere Anzahlen von Festplatten ist es sinnvoll, zwischen
HDDs und SSDs zu unterscheiden, da die Maximalwerte bei SSDs in einer ganz anderen Größenordnung
liegen.
HDDs
Im Folgenden werden die Controller bei wahlfreien Zugriffen auf HDDs verglichen. Hierbei sind die
maximalen Transaktionsraten des Speichermediums für das verwendete Lastprofil der wichtigste
begrenzende Faktor. Obwohl die nun folgenden Resultate mit 24 SAS-6G-HDDs gewonnen wurden, kann
man sie auch verwenden, um für andere Festplattentypen und -anzahlen (≤ 24) die zu erwartenden
maximalen Transaktionsraten abzuschätzen. Die Durchsätze, die bei wahlfreien Zugriffen auf HDDs
entstehen, sind so niedrig, dass eventuelle Limitierungen an der PCIe- oder SAS-Schnittstelle der Controller
keine Rolle spielen.
RAID 0 mit 24 SAS-6G-HDDs
8 kB Blockgröße).
16000
14000
12000
10000
8000
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2208-1G
LSI2108
2000
LSI2108
4000
LSI2208-1G
6000
0
File copy
File server
Database
Die verwendeten SAS-6G-Festplatten haben für das Lastprofil „Database“ die maximale Transaktionsrate
594 IO/s. Theoretisch sollte also ein Verband aus 24 solchen Festplatten maximal 594 IO/s × 24 =
14256 IO/s schaffen. Die maximale gemessene Transaktionsrate für das Lastprofil „Database“ beträgt
14396 IO/s; die Überschlagsrechnung wird also gut bestätigt. Für die Lastprofile mit der Blockgröße 64 kB ist
bei den hier vorgestellten Messungen nur etwa die halbe Transaktionsrate möglich wie bei dem Lastprofil mit
der 8 kB Blockgröße, obwohl die maximalen Transaktionsraten des verwendeten HDD-Typs bei allen drei
2
Lastprofilen relativ ähnlich sind.
Alle Controller erreichen für jedes der drei Lastprofile ungefähr die maximale Transaktionsrate dieses RAIDVerbandes.
2
Der Grund ist die Initialisierung des RAID-Verbandes mit der elementaren Blockgröße von 64 kB („stripe size“). Das
wahlfreie Lastprofil mit der Blockgröße 8 kB, die klein ist gegenüber der „stripe size“, kann direkt nach der Formel
HDD-Anzahl × HDD-Performance abgeschätzt werden. Verwendet das Lastprofil die gleiche Blockgröße, mit der der
RAID-Verband initialisiert wurde, kann nur etwa die Hälfte davon erreicht werden. Eine ausführliche Begründung
würde hier zu weit führen.
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Version: 2.0a  2013-08-01
Zugriff, 67% read, 8 kB Blockgröße).
9000
8000
7000
6000
5000
4000
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2208-1G
LSI2108
1000
LSI2208-1G
2000
LSI2108
3000
0
File copy
File server
Database
In der Grafik zeigt sich dasselbe prinzipielle Verhalten wie bei RAID 0.
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Version: 2.0a  2013-08-01
SSDs
Während bei wahlfreien Zugriffen auf eine einzelne HDD die maximal mögliche Transaktionsrate bei
eingeschaltetem Festplatten-Cache normalerweise < 700 IO/s ist, ist sie bei einer SAS-6G-SSD ungefähr um
den Faktor 20 größer. Durch eine so hohe Transaktionsrate können Verbände aus mehreren SAS-6G-SSDs
auch bei wahlfreien Zugriffen Durchsätze von mehreren hundert MB/s liefern. Das wiederum bedeutet, dass
die Ressourcen und Schnittstellen der Controller in viel höherem Maße ausgelastet werden als bei HDDs
und die Unterschiede zwischen den Controller-Generationen erkennbar werden.
RAID 0 mit 24 SAS-6G-SSDs
Blockgröße).
180000
160000
140000
120000
100000
LSI2208-1G
LSI2108
20000
LSI2208-1G
40000
LSI2108
60000
LSI2108
80000
LSI2208-1G
200000
0
File copy
File server
Database
Am leistungsfähigsten ist hier der LSI2208-1G-Controller. Dieser erreicht bei dem Lastprofil mit kleiner
Blockgröße („Database“) in etwa die zweieinhalbfache Transaktionsrate wie der LSI2108-Controller.
In Form von SAS-6G-SSD-Anzahlen ausgedrückt heißt das: Um beispielsweise im Falle von RAID 0 die
Möglichkeiten des LSI2208-1G-Controllers auszuschöpfen, sind je nach wahlfreiem Lastprofil 13 bis 17 SAS6G-SSDs nötig. Dies bestätigt die Aussage aus dem Unterkapitel RAID 0 und 10 (fünf bis acht Festplatten),
dass der LSI2208-1G-Controller mit acht SSDs bei wahlfreien Lastprofilen noch nicht überlastet ist.
Es ist auch interessant, sich die Durchsatzwerte klarzumachen, die sich durch Umrechnung aus diesen
Transaktionsraten ergeben. Trotz der geringeren Transaktionsraten haben die beiden Lastprofile mit 64 kB
Blockgröße die höheren Durchsätze. Der LSI2208-1G-Controller bewältigt beispielsweise beim Lastprofil
„File copy“ etwa 3200 MB/s Durchsatz. Dieser Wert ist bemerkenswert, weil er höher liegt als die beiden
sequentiellen Maximaldurchsätze des Controllers für 100% read und 100% write bei diesem RAID-Level.
Ohne eine echte bidirektionale Nutzung der SAS-Verbindungen wäre dieser Wert nicht zu erreichen
gewesen.
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Version: 2.0a  2013-08-01
Blockgröße).
65000
60000
55000
50000
45000
40000
35000
30000
LSI2208-1G
LSI2108
5000
LSI2208-1G
10000
LSI2108
15000
LSI2108
20000
LSI2208-1G
25000
0
File copy
File server
Database
Am leistungsfähigsten ist hier der LSI2208-1G-Controller.
Hier ergibt sich ein ähnliches Bild wie bei RAID 10 mit acht SAS-6G-SSDs. Die Transaktionsraten können
allerdings durch Verdoppeln der SSD-Anzahl auf 16 nur wenig gesteigert werden. Hieraus ergibt sich die
Empfehlung, zum Erreichen maximaler Performance für RAID 10 bei wahlfreien Lastprofilen nicht mehr als
zehn SSDs pro Controller anzuschließen und den LSI2208-1G-Controller zu verwenden.
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Version: 2.0a  2013-08-01
Bei der Betrachtung der sequentiellen Zugriffe für größere Anzahlen von Festplatten braucht meist nicht
zwischen HDDs und SSDs unterschieden zu werden, da die Maximaldurchsätze beider Festplattentypen
noch in einer ähnlichen Größenordnung liegen. Im Folgenden werden anhand von Messungen mit 24 SAS6G-SSDs allgemeingültige Aussagen über die Controller zusammengestellt.
Streaming
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LSI2208-1G-3.0
LSI2208-1G-2.0
LSI2108
LSI2208-1G-3.0
LSI2208-1G-2.0
3200
3000
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
LSI2108
Man vergleiche diese Grafik
mit
der
entsprechenden
Grafik für RAID 0 mit acht
SAS-6G-SSDs; dort wurden
für den LSI2108-Controller
fast dieselben Werte erreicht
wie hier.
Throughput [MB/s]
Der
LSI2208-1G-3.0Controller liefert hier die
beste
Performance
und
überschreitet bei „Streaming“
4000
den Grenzwert von PCIe
3800
Gen2. Bei „Restore“ limitiert
3600
3400
der SSD-Verband.
Restore
Version: 2.0a  2013-08-01
Streaming
LSI2208-1G-3.0
LSI2208-1G-2.0
LSI2108
LSI2208-1G-3.0
LSI2208-1G-2.0
3000
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
LSI2108
Man vergleiche wieder diese
Grafik
mit
der
entsprechenden
Grafik
für
RAID 10 mit acht SAS-6GSSDs; dort wurden für den
LSI2108-Controller
fast
dieselben Werte erreicht wie
hier.
Throughput [MB/s]
Der
LSI2208-1G-3.0Controller liefert auch hier die
beste Performance durch
PCIe Gen3. Die Unterschiede
zu Gen2 fallen allerdings
nicht so groß aus, da 16
SSDs
insbesondere
bei
Lastprofil „Restore“ zu wenige
sind
um
die
höhere
Durchsatzgrenze vollständig
auszuschöpfen.
Restore
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Version: 2.0a  2013-08-01
RAID 5
Bei den RAID-Levels 0, 1 und 10 kann sich der Controller darauf beschränken, die logische Position der
Datenblöcke einer physikalischen Position im RAID-Verband zuzuordnen („Striping“) und ggf. ganze Blöcke
gespiegelt zu schreiben („Mirroring“).
Demgegenüber muss ein Controller bei RAID-Levels wie RAID 5 erheblich höhere Anforderungen
bewältigen, und zwar hauptsächlich beim Schreiben. Das liegt daran, dass solche RAID-Levels zusätzliche
Blöcke mit Paritätsdaten benötigen, die aus den eigentlichen Daten erst berechnet werden müssen.
Die Messungen dieses Unterkapitels wurden mit dem LSI2108- und dem LSI2208-Controller durchgeführt,
da nur sie standardmäßig RAID 5 unterstützen. Da speziell die Maximalwerte bei höherem PerformanceBedarf interessieren, werden zur Verdeutlichung Messungen mit leistungsfähigen SAS-6G-HDDs oder SAS6G-SSDs benutzt. Diese Festplatten sind im Kapitel „Messumgebung“ näher beschrieben.
Wahlfreie Zugriffe
Bei RAID 5 wird aus einem Schreibauftrag des Anwendungsszenarios eine spezifisch erhöhte Anzahl von
Zugriffen auf den RAID-Verband erzeugt. Das wirkt sich besonders bei wahlfreien Zugriffen aus. Dadurch
bedingt sinkt die maximal mögliche Transaktionsrate aus Sicht der Anwendung auf einen bestimmten
Prozentsatz, wenn man dieselbe Menge an Festplatten zuerst als RAID 0, und danach als RAID 5
konfiguriert. Diese Prozentsätze sind in erster Näherung spezifisch für den Vergleich mit RAID 5 und das
verwendete wahlfreie Lastprofil, hängen aber auch vom Controller ab.
Die folgende Grafik stellt die maximalen gemessenen Transaktionsraten für einen Verband aus zwölf SAS6G-HDDs dar, der zuerst als RAID 0 und dann als RAID 5 konfiguriert wurde (exemplarisch beide Male in
Verbindung mit dem LSI2108Vergleich RAID 0 und RAID 5, wahlfreier Zugriff,
Controller). Die Werte für RAID 0 sind
12 SAS-6G-HDDs
annähernd das technische Maximum
für diesen HDD-Verband. Die drei
8000
Säulengruppen in der Grafik stellen
RAID 0
× 55%
7000
die
Transaktionsraten
für
die
RAID 5
Standardlastprofile
„File
copy“
6000
(wahlfreier Zugriff, 50% read, 64 kB
Blockgröße), „File server“ (wahlfreier
5000
Zugriff, 67% read, 64 kB Blockgröße)
× 59%
× 48%
4000
und „Database“ (wahlfreier Zugriff,
67% read, 8 kB Blockgröße) dar. Für
3000
jedes dieser drei Lastprofile ist der
2000
gemessene Wert für RAID 5 ein
bestimmter Prozentsatz des Wertes
1000
für RAID 0. Diese vergleichenden
0
Prozentsätze sind über den Pfeilen in
der Grafik eingetragen.
File copy
File Server
Database
Für das Lastprofil mit 50% Schreibanteil („File copy“) ermöglicht der Controller einen vergleichenden
Prozentsatz von 48%; für die Lastprofile mit einem Schreibanteil von 33% („File server“ und „Database“)
ermöglicht er vergleichende Prozentsätze von 59% bzw. 55%. Mit einer Abschätzung auf Basis von
Vervielfachungsfaktoren für die Schreibaufträge könnte man herleiten, dass dieser vergleichende
Prozentsatz im ersten Fall theoretisch 40% betragen müssten, und in den beiden anderen Fällen theoretisch
50%. Die mit dem Controller erreichten Prozentsätze liegen also jeweils eindeutig darüber. Dies ist nur
möglich aufgrund des (standardmäßig eingeschalteten) Controller-Caches. Je höher diese Prozentsätze,
umso besser ist das Controller-Design.
Eine ausführliche Herleitung der theoretischen Prozentsätze von 40% bzw. 50% würde hier zu weit führen.
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Version: 2.0a  2013-08-01
HDDs
Die bei RAID 5 erreichbaren Performance-Werte für wahlfreie Lastprofile sollen nun als erstes für den Fall
von HDDs verdeutlicht werden. Wie bei den RAID-Levels 0, 1 und 10 (ohne Paritätsberechnung) ist auch für
diesen RAID-Level bei HDDs im Gegensatz zu SSDs die maximale Performance des Speichermediums
dominierend, daher ist eine getrennte Behandlung beider Festplattentechnologien sinnvoll.
Zugriff, 67% read, 8 kB Blockgröße).
9000
8000
7000
6000
5000
4000
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2208-1G
LSI2108
1000
LSI2208-1G
2000
LSI2108
3000
0
File copy
File server
Database
Der LSI2208-1G-Controller, also der neuere Controller mit dem größeren Cache, hat einen leichten
Vorsprung.
Seite 43 (54)
Version: 2.0a  2013-08-01
SSDs
Als Nächstes sollen die mit SAS-6G-SSDs erzielbaren Transaktionsraten diskutiert werden (nach wie vor im
Falle von RAID 5 bei wahlfreien Lastprofilen). Ganz ähnlich wie bei den zuvor behandelten RAID-Levels 0
und 10 treten auch bei RAID 5 durch die Verwendung von SAS-6G-SSDs die Unterschiede zwischen den
verschiedenen Controllern deutlich hervor.
Die folgende Grafik stellt die maximalen Transaktionsraten für die verschiedenen Controller am Beispiel
eines Verbandes aus 24 SAS-6G-SSDs zusammen. Die drei Säulengruppen in der Grafik zeigen die
8 kB Blockgröße).
45000
40000
35000
30000
25000
20000
LSI2208-1G
LSI2108
LSI2208-1G
LSI2108
5000
LSI2208-1G
10000
LSI2108
15000
0
File copy
File server
Database
Der Technologiefortschritt von der vorigen zur jetzigen Controller-Generation ist hier ähnlich beeindruckend
wie bei RAID 0 mit 24 SSDs: Die LSI2208-1G-Controller liefern beim Standardlastprofil „Database“ eine bis
zu zweifache Transaktionsrate wie der LSI2108-Controller.
In Form von SAS-6G-SSD-Anzahlen ausgedrückt heißt das: Bei RAID 5 ermöglicht es der LSI2208-1GController – je nach wahlfreiem Lastprofil – sechs bis sechzehn SAS-6G-SSDs auszulasten, ohne dass ein
Engpass am Controller entsteht. Diese Abschätzung beruht neben den SAS-6G-SSD-spezifischen
Maximalwerten aus dem Kapitel „Messumgebung“ auch auf den für RAID 5 gültigen Prozentsätzen für die
Verminderung der maximalen Transaktionsrate vom Anfang des aktuellen Unterkapitels „Wahlfreie Zugriffe“.
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Version: 2.0a  2013-08-01
Auch bei RAID 5 braucht bei der Betrachtung der sequentiellen Zugriffe für größere Anzahlen von
Festplatten nicht zwischen HDDs und SSDs unterschieden zu werden, da die jeweiligen Maximalwerte noch
in einer ähnlichen Größenordnung liegen. Im Folgenden werden anhand von Messungen mit SAS-6G-HDDs
allgemeingültige Aussagen über die Controller zusammengestellt. Die zu erwartenden maximale Durchsätze
lassen sich auf andere Festplattentypen und -anzahlen (≤ 24) umrechnen. Wenn der zu erwartende
Durchsatz den Grenzwert des Controllers übersteigt, wird der Controller-Grenzwert wirksam.
Im Falle von RAID 5 befinden sich in einer logisch zusammengehörigen Gruppe von Blöcken in einem
Verband aus N Festplatten immer (N-1) Blöcke mit den eigentlichen Daten und 1 Block mit Paritätsdaten. Bei
einer vollständigen sequentiellen Bearbeitung einer solchen Gruppe enthält also immer ein Anteil von 1/(N-1)
die Paritätsdaten. Demnach kann eine solche sequentielle Bearbeitung nie mehr als den (N-1)-fachen
Datendurchsatz einer einzelnen Festplatte für die Anwendung bereitstellen.
Streaming
LSI2208-1G-3.0
LSI2208-1G-2.0
LSI2108
LSI2208-1G-3.0
LSI2208-1G-2.0
4000
3800
3600
3400
3200
3000
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
LSI2108
Throughput [MB/s]
Restore
Hier ist der große Vorsprung des LSI2208-1G-3.0-Controllers deutlich zu erkennen. Beim sequentiellen
Lesen werden wie bei RAID 0 3800 MB/s erreicht, was deutlich über dem Grenzwert bei PCIe Gen2 liegt.
Beim sequentiellen Schreiben für diesen RAID-Level erreicht der LSI2108-Controller einen maximalen
Durchsatz von etwa 1200 MB/s, und der LSI2208-1G-Controller von etwa 2200 MB/s. Dieser Maximalwert
für das sequentielle Schreiben ist bei RAID 5 ein wesentlicher Indikator für die Leistungsfähigkeit eines
RAID-Controllers, da sich hierin relativ unverfälscht die Geschwindigkeit des Controllers bei der Berechnung
der Paritätsblöcke widerspiegelt.
Für Festplattenanzahlen (N) zwischen drei und 24 kann man die zu erwartenden Durchsatzwerte für die hier
betrachteten sequentiellen Lastprofile wie bereits erwähnt abschätzen als das (N-1)-Fache des Durchsatzes
einer einzelnen Festplatte. Grenzwerte der Controller können dabei nicht übertroffen werden. Für die im
vorliegenden Dokument zu Grunde gelegte SAS-6G-HDD und SAS-6G-SSD ergäbe sich z. B. aus den
Werten des Kapitels Messumgebung Folgendes: Beim Lastprofil „Restore“ sollte ab sieben HDDs bzw. ab
acht SSDs der LSI2208-1G-Controller benutzt werden.
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Version: 2.0a  2013-08-01
Geringere Lastniveaus
Die Unterschiede zwischen den Controllern zeigen sich nicht nur in den erreichbaren Maximalwerten bei
hoher Belastung, sondern auch schon bei geringerer Belastung. Die folgende Tabelle stellt daher für die
einzelnen Controller die Maximalwerte für die sequentiellen Durchsätze einer einzelnen Anwendung
zusammen, die bei ihren Zugriffen ohne Parallelität arbeitet (im weiteren Verlauf mit „1 Outstanding IO“
bezeichnet). Diese Maximalwerte gelten für alle RAID-Level, die von den Controllern unterstützt werden, und
können nicht überschritten werden. Bei RAID 0 können diese Durchsätze erreicht werden; bei anderen
RAID-Levels bleiben die Durchsätze meist darunter.
Controller
Maximalwerte des sequentiellen Durchsatzes,
1 Outstanding IO, 64 kB Blockgröße
100% Lesen
(Lastprofil „Streaming“)
100% Schreiben
(Lastprofil „Restore“)
LSI1068
230 MB/s
180 MB/s
LSI2008
310 MB/s
340 MB/s
LSI2108
670 MB/s
670 MB/s
LSI2208-1G
930 MB/s
890 MB/s
Voraussetzung für das Erreichen dieser Werte beim sequentiellen Lesen ist die Einstellung „Read-ahead“
und beim sequentiellen Schreiben die Einstellung „Write-back“. Diese maximalen Durchsätze sind auch stark
von der Blockgröße abhängig, wobei die Größenrelationen der Tabellenwerte untereinander für andere
Blockgrößen ähnlich sind.
Die Unterschiede zwischen den beiden letzten Controllern der Tabelle werden spätestens dann bedeutsam,
wenn der verwendete RAID-Verband groß genug ist, um mehr als 900 MB/s sequentiellen Durchsatz für „1
Outstanding IO“ zu ermöglichen. In solchen Fällen kann ein unpassend ausgewählter Controller als
Einschränkung wirken.
Das folgende Beispiel illustriert dies anhand von Durchsatzmessungen bei einem RAID 10-Verband aus acht
SAS-6G-HDDs für das Lastprofil „Restore“ (sequentieller Zugriff, 100% write, 64 kB Blockgröße). Verglichen
werden der LSI2108- und der LSI2208-1G-Controller bei verschiedenen Anzahlen von parallelen Zugriffen
(„# Outstanding IOs“).
Throughput [MB/s]
Lastprofil Restore, RAID 10, 8 SAS-6G-HDDs, bei verschiedenen
Belastungsintensitäten
800
700
762
750
776
744
600
LSI2108
LSI2208-1G
500
526
400
300
408
200
100
0
1
2
4
# Outstanding I/Os
Man erkennt deutlich, dass in diesem Fall der LSI2108-Controller für 1 und 2 Outstanding IOs nicht
denselben Durchsatz erreicht wie der LSI2208-1G-Controller. Letzterer erreicht schon für 1 Outstanding IO
einen Durchsatz von 750 MB/s, während der LSI2108-Controller nur etwas mehr als die Hälfte davon
erreicht.
Aus dem Blickwinkel der Antwortzeiten hieße das: Für geringe Belastungsintensitäten bei sequentiellen
Zugriffen kann man mit dem LSI2208-1G-Controller im Vergleich zum LSI2108-Controller die Antwortzeiten
etwa halbieren.
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Version: 2.0a  2013-08-01
MegaRAID Advanced Software Options
CacheCade 2.0
Ausgangspunkt für die Entscheidung, CacheCade 2.0 einzusetzen, ist ein RAID-Verband aus HDDs mit
überwiegend wahlfreiem Zugriff. Wird dabei ein RAID-Level mit Datensicherheit verwendet oder kommen
SATA-HDDs mit hohen Kapazitäten zum Einsatz, dann ist von einer nicht allzu hohen Transaktionsrate
auszugehen. Um diese zu steigern, können SSDs und CacheCade 2.0 eingesetzt werden. Voraussetzung ist
allerdings, dass der Zugriff auf die Daten einen Hot Spot aufweist, d. h. auf einen kleinen Teil der Daten wird
sehr intensiv zugegriffen. Ziel bei CacheCade 2.0 ist es, diesen Hot Spot auf den SSDs zu speichern und
somit beim überwiegenden Teil der Zugriffe die hohen Transaktionsraten der SSDs zu erreichen.
Beim Zugriff auf die Daten wird sich über die Zeit eine Transaktionsrate einstellen, die ausgehend vom
Niveau des reinen HDD-Verbandes das Niveau des reinen SSD-Verbandes erreicht. Im Idealfall würde man
Folgendes beobachten:
Idealer Verlauf der Transaktionsraten über die Zeit
Transaction
rateHDD-Verband
HDD array
Transaktionsrate
Transaktionsrate
Transaction
rateCacheCade
CacheCade
Transaktionsrate
Transaction
rateSSD-Verband
SSD array
Zeit
Der HDD-Verband hat eine in Relation zu den SSDs geringe Transaktionsrate. Im Laufe der Datenzugriffe
wird der Hot Spot nach und nach im CacheCade 2.0 Cache, also auf den SSDs, gespeichert, und man
profitiert von der relativ hohen Transaktionsrate der SSDs. Im Idealfall erreicht man die Transaktionsrate
eines entsprechenden Verbandes aus SSDs.
Hot Spot
Eine wesentliche Voraussetzung für CacheCade 2.0 ist, wie bereits erwähnt, ein Hot Spot beim wahlfreien
Datenzugriff. Diesen als solchen zu erkennen und die Größe abzuschätzen ist einer der ersten Schritte für
die Planung von CacheCade 2.0 Cache. Neben dem Zugriff auf den Hot Spot sind andere Zugriffe möglich,
allerdings sollte der Anteil der Zugriffe auf den Hot Spot 85% oder mehr betragen. Ein Hot Spot darf sich
auch über die Zeit verlagern, wobei sich im Übergang natürlich geringere Transaktionsraten einstellen. Ein
Hot Spot sollte nicht allzu groß sein und zur CacheCade 2.0 Cache Größe passen. Es hat sich gezeigt, dass
Hot Spots bis 100 GB besonders effektiv gepuffert werden können und der Cache mindestens doppelt so
groß wie der Hot Spot sein sollte.
Transaktionsratengewinn
Ein weiterer wichtiger Aspekt bei CacheCade 2.0 ist die Differenz der Transaktionsraten des HDD- und des
SSD-Verbandes. Ist sie relativ groß, wird der Einsatz von CacheCade 2.0 besonders effektiv ausfallen. Ist
der HDD-Verband dagegen bereits für eine hohe Transaktionsrate ausgelegt, z. B. durch eine große Anzahl
von HDDs, wird die Differenz gering ausfallen.
Im Abschnitt „RAID 0 mit 24 SAS-6G-HDDs“ findet man z. B. für das Standardlastprofil Database eine
Transaktionsrate von ca. 14000 IO/s. Das entspricht ziemlich genau der Transaktionsrate einer SAS-6GSSD, wie dem Kapitel „Messumgebung“ zu entnehmen ist. Daraus kann man ableiten, dass eine derartige
Konfiguration bei CacheCade 2.0 keinen Vorteil bedeutet.
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Version: 2.0a  2013-08-01
Es ist im Einzelfall abzuschätzen, ob eine Steigerung zu erwarten ist und ob ggf. auch eine geringe
Steigerung der Transaktionsrate die Anforderungen erfüllt.
Zeitfaktor
Letztlich ist der Zeitfaktor von Interesse, d. h. wie lange es dauert, bis CacheCade 2.0 höhere
Transaktionsraten liefert. Bei einem kleinen Hot Spot kann sich dies in wenigen Minuten einstellen. Bei einer
großen Datenmenge oder einem HDD-Verband mit geringer Transaktionsrate kann es aber auch einige
Stunden dauern.
Die Dauer des Übergangs in obigem Schaubild wird also von mehreren Faktoren beeinflusst. Je größer der
Hot Spot ist, desto länger wird es dauern ihn in den CacheCade 2.0 Cache zu übertragen. Bei einem
leistungsfähigen HDD-Verband können die Daten in einer kürzeren Zeit übertragen werden. Letztlich hat es
auch einen Einfluss, mit welcher Intensität zugegriffen wird, d. h. ob die maximale Transaktionsrate des
HDD-Verbandes genutzt wird.
Auch hier ist im Einzelfall und unter Berücksichtigung der Anforderungen zu beurteilen, wie lange es dauern
darf.
Beispiel: vier SATA-HDDs RAID 0 und zwei SAS-SSDs RAID 1
Eine typische Konfiguration für CacheCade 2.0 wäre die Kombination aus vier SATA-HDDs als RAID 0 und
zwei SAS-SSDs als RAID 1. Beide Konfigurationen und deren Transaktionsraten sind in diesem Dokument
unter „RAID 0 und 10 (vier SATA-Festplatten)“ und „RAID 1 (zwei SAS-Festplatten)“ ausführlich beschrieben.
Die vier SATA-6G-HDDs stellen mit RAID 0 insgesamt ca. 4 TB Speicherplatz zur Verfügung. Die beiden
SAS-6G-SSDs haben mit RAID 1 ca. 200 GB. Die folgende Darstellung zeigt die Transaktionsraten, die sich
über die Zeit ergeben, wenn mit dem Lastprofil „File copy“ über CacheCade 2.0 auf einen Hot Spot von
32 GB, 64 GB und 128 GB zugegriffen wird.
CacheCade 2.0 mit Lastprofil „File copy“ und Hot Spots
4000
3500
3000
SSD array
SSD-Verband
2500
CacheCade 2.0
2.0 -- 32
32 GB
GB HotSpot
Hot Spot
CacheCade
CacheCade 2.0
2.0 -- 64
64 GB
GB HotSpot
Hot Spot
CacheCade
2000
CacheCade 2.0
2.0 - 128 GB HotSpot
Hot Spot
CacheCade
1500
HDD-Verband
HDD array
1000
500
0
Zeit
In der Praxis wird die maximale Transaktionsrate der SSDs nicht erreicht, da ein gewisser Overhead für
CacheCade 2.0 berücksichtigt werden muss. Sehr gute Ergebnisse werden bei einem Hot Spot von 32 GB
erreicht. Bei einem Hot Spot von 64 GB sind die Transaktionsraten deutlich höher als beim HDD-Verband,
erreichen aber nicht mehr das Niveau der SSDs. Bei einem Hot Spot von 128 GB ist zu erkennen, dass die
Transaktionsrate nur sehr langsam steigt und es eine erhebliche Zeit erfordert, bis der Transaktionsrate des
HDD-Verbandes überschritten wird.
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Version: 2.0a  2013-08-01
In der vorangegangenen Messung wurde das Lastprofil „File copy“ als Repräsentant gewählt. Mit der
vereinfachten Annahme, dass auf genau 32 GB der Daten zugegriffen wird, stellen sich die maximalen
Transaktionsraten für die drei Standardlastprofile „File copy“, „File server“ und „Database“ wie folgt dar.
Maximale Transaktionsraten, 4 SATA-6G-HDDs RAID 0, 2 SAS-6G-SSDs RAID 1
bei verschiedenen Lastprofilen
22000
20000
16000
14000
12000
10000
SSD-Array
CacheCade 2.0
HDD-Array
SSD-Array
CacheCade 2.0
2000
HDD-Array
4000
HDD-Array
6000
SSD-Array
8000
CacheCade 2.0
18000
0
File copy
File server
Database
Die Messwerte beziehen sich auf den LSI2208-1G-Controller. Der HDD-Verband besteht aus vier SATA-6GHDDs als RAID 0 und der CacheCade 2.0 Cache aus zwei SAS-6G-SSDs als RAID 1. Der CacheCade 2.0
Cache ist für Schreiben und Lesen konfiguriert. Dargestellt sind die jeweils maximal erreichbaren
Transaktionsraten. Für den Zugriff auf die Daten wurde ein Hot Spot von 32 GB angenommen.
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FastPath
Aus dem Bereich großer Festplattenanzahlen wurden im Unterkapitel „RAID 0 und 10 (mehr als acht
Festplatten)“ die Konfiguration RAID 0 mit 24 SAS-6G-SSDs näher untersucht und dargestellt. Für wahlfreie
Zugriffe werden hier die höchsten Transaktionsraten erreicht und es bietet sich ein Vergleich mit FastPath
an.
RAID 0 mit 24 SAS-6G-SSDs und FastPath
Blockgröße). Basierend auf den schon im Kapitel „Controller-Vergleich“ vorgestellten Messergebnissen
wurden hier die Resultate für den LSI2208-1G-3.0-Controller in Kombination mit FastPath ergänzt.
Maximale Transaktionsraten, wahlfreier Zugriff, RAID 0, 24 SAS-6G-SSDs,
1 CPU-Thread (Standardmessverfahren)
180000
160000
LSI2208-1G-3.0 FastPath
LSI2208-1G
20000
LSI2108
40000
LSI2108
60000
80000
LSI2208-1G
100000
LSI2108
120000
140000
LSI2208-1G
200000
0
File copy
File server
Database
Die beiden Lastprofile „File copy“ und „File server“ repräsentieren Anwendungen mit einer Blockgröße von
64 kB. Wie bereits erwähnt werden dabei trotz relativ geringer Transaktionsraten vom LSI2208-1G-Controller
hohe Datendurchsätze von über 3000 MB/s erreicht, die eine Leistungsbegrenzung darstellen. Mit FastPath
wird somit keine Steigerung erreicht. Das Lastprofil „Database“ repräsentiert Anwendungen mit einer
Blockgröße von 8 kB. Bei rund 168000 IO/s beträgt der Durchsatz ca. 1310 MB/s und ist nicht im
Grenzbereich. Bereits mit dem Standardmessverfahren zeigt sich durch FastPath beim Lastprofil „Database“
eine Performance-Steigerung. Wie im Kapitel „Messverfahren“ beschrieben, wird zur Modellierung parallel
zugreifender Anwendungen die „# of outstanding I/Os“ verwendet. Im Standardmessverfahren mit Iometer
wird diese Anzahl innerhalb genau eines lasterzeugenden CPU-Threads pro RAID-Verband variiert. Bei ca.
200000 I/Os kommt es dabei zu der Situation, dass ein CPU-Thread des Servers zu 100% ausgelastet ist.
Falls sich reale Anwendungen ähnlich verhalten, d. h. die gesamte IO-Last durch einen CPU-Thread
abwickeln, werden ebenfalls maximal 200000 IO/s erreicht und FastPath wird keine Steigerung bewirken.
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Typischerweise werden bei Anwendungen mit hohen Transaktionsraten, wie z. B. bei StandardDatenbanken, die Zugriffsaktivitäten aber auf mehrere CPU-Threads aufgeteilt. Dementsprechend wird die
Modellierung der Anwendung „Database“ angepasst und innerhalb von Iometer auf vier CPU-Threads
aufgeteilt. Als Ergänzung zur Blockgröße von 8 kB wird auch die Blockgröße 4 kB betrachtet. Mit noch
kleineren Blockgrößen könnte man eine höhere Transaktionsrate erreichen. Kleinere Blockgrößen als 4 kB
sind aber eher untypisch.
Gegenüber den Standardeinstellungen des Modus‘ „Performance“ von ServerView RAID wird der
ServerView RAID Modus‘ „Fast Path optimum“ verwendet, wie es ServerView RAID vorgibt. Dieser
beinhaltet derzeit folgende Einstellungen:




Read Mode „No read-ahead“
Write Mode „Write-through“
Cache Mode “Direct”
Disk Cache “Enabled”
Die folgende Grafik zeigt die Transaktionsraten des Controllers LSI2208-1G-3.0 für das Lastprofil „Database“
mit 4 kB und 8 kB Blockgröße, wenn mehrere CPU-Threads genutzt werden.
Maximale Transaktionsraten, wahlfreier Zugriff, RAID 0, 24 SAS-6G-SSDs,
vier CPU-Threads
360000
320000
160000
120000
80000
40000
200000
LSI2208-1G-3.0
240000
280000
LSI2208-1G-3.0
400000
0
Database
4 kB block size
Database
8 kB block size
Der Transaktionsrate des Controllers LSI2208-1G-3.0 ohne FastPath liegt bei 4 kB und 8 kB nahe
190000 IO/s. Daraus lässt sich schließen, dass der Controller und nicht die CPU des Systems limitierend
wirken, da in der vorhergehenden Grafik mit nur einem CPU-Thread bereits ca. 170000 IO/s erreicht wurden.
Im Gegensatz dazu werden mit FastPath Transaktionsraten über 360000 IO/s erreicht, wenn Blockgrößen
von 4 kB zum Einsatz kommen, Anwendungen mit 8 kB Blockgröße zeigen mit FastPath ebenfalls eine
Steigerung bis 240000 IO/s, sind dann aber mit einem Durchsatz von ca. 1900 MB/s auf der SAS-Seite
begrenzt.
Das hier aufgezeigte Lastprofil „Database“ verwendet einen Schreibanteil von 33%. Es ist durchaus denkbar,
dass Anwendungen einen geringeren Schreibanteil verwenden oder der Zugriff mit einer 1 kB oder 2 kB
Blockgröße erfolgt. In solchen Fällen können die absoluten Transaktionsraten auch deutlich über
400000 IO/s liegen.
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Fazit
Mit dem „Modular RAID“ Konzept bieten die PRIMERGY Server eine Fülle von Möglichkeiten, um den
Anforderungen verschiedener Anwendungsszenarien gerecht zu werden.
Ein Onboard-Controller ist eine kostengünstige Einstiegsalternative für die RAID-Levels 0, 1 und 10, die
einen PCIe-Steckplatz spart, aber auf vier Festplatten beschränkt ist. Der anteilige Konsum von
Prozessorleistung des Servers fällt bei neueren Servern immer weniger ins Gewicht.
Die derzeitigen Onboard-Controller unterstützen SATA-/SAS-seitig die Standards bis zur Frequenz 3G. Bei
modernen SAS-6G-SSDs ist zur Erreichung bestmöglicher Durchsätze auch ein Controller mit SAS-6GSchnittstelle erforderlich. Dies würde z. B. für eine PRIMERGY BX920 S3 bedeuten, dass nicht der
„Onboard Intel C600 SAS RAID“-Controller benutzt werden sollte, sondern z. B. der “PY SAS RAID HDD
Module“-Controller (LSI2208-512).
Die „SAS 0/1“-RAID-Controller ohne Controller-Cache unterstützen die Basis-RAID-Lösungen RAID 0,
RAID 1 und RAID 1E bzw. RAID 10, und liefern bei diesen RAID-Levels eine gute Performance. Einzig der
„RAID 0/1 SAS based on LSI MegaRAID 8Port“-Controller (LSI1068) aus der Vorgängergeneration
unterstützt nur sequentielle Durchsätze bis etwa 800 MB/s. Werden höhere Durchsätze benötigt, ist ein
geeigneter aktueller Controller zu benutzen.
Im High-End-Bereich bieten die „SAS 5/6“-RAID-Controller alle heute gängige RAID-Lösungen RAID 0,
RAID 1, RAID 5, RAID 6, RAID 10, RAID 50 und RAID 60 an. Diese Controller haben einen Controller-Cache
und können optional mit einer BBU/FBU gesichert werden. Vielfältige Möglichkeiten, die Nutzung des
Caches einzustellen, erlauben eine flexible Anpassung der Controller-Leistung an den verwendeten RAIDLevel. In manchen Anwendungsszenarien, beispielsweise wenn wahlfreie Zugriffe auf konventionellen
Festplatten mit hoher Belastungsintensität stattfinden, ermöglichen diese Controller eine um 70% höhere
Transaktionsrate als die „SAS 0/1“-RAID-Controller.
Die derzeitigen „SAS 5/6“-RAID-Controller lassen sich entsprechend der Technologiefortschritte in drei
Gruppen gliedern: Die erste Gruppe basiert auf dem Chip LSI SAS2108, die zweite Gruppe basiert auf dem
Chip LSI SAS2208 in der Ausprägung für PCIe 2.0, und die dritte Gruppe basiert auf dem Chip LSI SAS2208
in der Ausprägung für PCIe 3.0. Die erste Gruppe enthält den „RAID Ctrl SAS 6G 5/6 512 MB (D2616)“- und
den „PY SAS RAID Mezz Card 6Gb“-Controller. Die zweite Gruppe enthält den „RAID Ctrl SAS 6G 5/6 1GB
(D3116)“-, den „PY SAS RAID HDD Module“- und den „PY SAS RAID HDD Module w/o cache“-Controller.
Die dritte Gruppe enthält den „RAID Ctrl SAS 6G 5/6 1GB (D3116C)“-, den „PY SAS RAID HDD Module
3.0“- und den „PY SAS RAID HDD Module w/o cache 3.0“-Controller.
Die Mehrzahl der Anwendungsszenarien, die das Disk-Subsystem beanspruchen, sind mit einem wahlfreien
Schreib-/Lesezugriff verbunden. Wenn zur Bewältigung sehr hoher IO-Raten SSDs verwendet werden, hat
der Controller einen erheblichen Einfluss auf die maximale Transaktionsrate. So ermöglicht beispielsweise
der „RAID Ctrl SAS 6G 5/6 1GB (D3116)”-Controller (LSI2208-1G) gegenüber der ersten Gruppe teilweise
fast eine Verdreifachung der maximalen Transaktionsrate. Daher ist für jeden geplanten Einsatzfall mit mehr
als vier SSDs pro Controller für das jeweilige Lastprofil und den geplanten RAID-Verband anhand der
Grafiken im Kapitel „Controller-Vergleich“ zu prüfen, ob der „RAID Ctrl SAS 6G 5/6 512 MB (D2616)”Controller (LSI2108) noch ausreicht, oder ob ein neuerer Controller zu benutzen ist.
Unabhängig vom Festplattentyp haben die verschiedenen Controller jeweils maximale sequentielle
Datendurchsätze, die spezifisch für den RAID-Level und das Lastprofil sind. Auch diese Maximalwerte
haben sich zwischen den drei Gruppen der „SAS 5/6“-RAID-Controller teilweise erheblich gesteigert,
beispielsweise bei RAID 5 und sequentiellem Lesen: von 1700 MB/s in der ersten Gruppe über 2500 MB/s in
der zweiten Gruppe schließlich auf 3800 MB/s in der dritten Gruppe.
Wenn für das geplante Anwendungsszenario eine höhere Transaktionsrate oder ein höherer Durchsatz
benötigt wird, als ein einzelner Controller liefern kann, können zwei Controller benutzt werden. Einige
PRIMERGY Server bieten diese Möglichkeit (z. B. PRIMERGY TX300 S7).
Ein weiterer Aspekt der schnelleren Controller bei sequentiellen Zugriffsprofilen ist der erhöhte Durchsatz
bereits bei geringer Parallelität der Zugriffe. Sofern der RAID-Verband leistungsfähig genug ist, bedeutet
dies in diesem speziellen Anwendungsfall, dass beim Lesen und beim Schreiben mit dem „RAID Ctrl SAS
6G 5/6 1GB (D3116)“-Controller (LSI2208-1G) über 900 MB/s möglich sind. Auch für diese Spezialfälle
bedeutet das eine deutliche Steigerung der maximalen Durchsätze gegenüber den Controllern der
Vorgängergeneration.
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Obwohl MegaRAID Advanced Software Options die zwei Funktionen CacheCade 2.0 und FastPath umfasst,
wird man sie nicht gleichzeitig am selben Controller nutzen, da sie unterschiedliche Optimierungsansätze
verfolgen.
CacheCade 2.0 beschleunigt wahlfreie Zugriffe auf HDD-Verbände, die eine gewisse Mindestgröße haben
sollten. Konfigurationen mit einer HDD und einer SSD sind wenig sinnvoll. Andererseits ist zu beachten,
dass große HDD-Verbände bereits eine hohe Transaktionsrate erzielen können und u. U. kein Gewinn durch
den CacheCade 2.0 Cache zu erwarten ist. Besonders effektiv ist CacheCade 2.0, wenn auf einen kleinen
Teilbereich (Hot Spot) von 32 GB bis 64 GB der Daten zugegriffen wird.
FastPath ist im Gegensatz CacheCade 2.0 für den Einsatz bei hohen Transaktionsraten konzipiert, wie sie
bei SSD-Verbänden auftreten. Wenn in einer Konfiguration eine maximale Transaktionsrate von 200000 IO/s
nicht überschritten wird, SSDs aber noch ausreichend Reserven haben und die SAS-Ressourcen noch nicht
ausgeschöpft sind, dann kann man mit FastPath die Transaktionsrate steigern.
Zur Konfiguration von Controllern und Festplatten empfiehlt sich die für PRIMERGY Server mitgelieferte
RAID-Manager-Software „ServerView RAID“. Dieses Dienstprogramm ermöglicht Controller-unabhängig für
die Mehrzahl der Anwendungsszenarien eine komfortable Anpassung der Controller- und
Festplatteneinstellungen an die kundenseitigen Erfordernisse bezüglich Performance und Datensicherheit.
Bei Verwendung von BBUs/FBUs und USVen als Puffer bei Stromausfällen lässt sich die maximale
Performance mit Datensicherheit vereinbaren.
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Version: 2.0a  2013-08-01
Literatur
PRIMERGY Systeme
http://primergy.de/
PRIMERGY Performance
http://www.fujitsu.com/de/products/computing/servers/primergy/benchmarks/
Dieses White Paper:
http://docs.ts.fujitsu.com/dl.aspx?id=e2489893-cab7-44f6-bff2-7aeea97c5aef
http://docs.ts.fujitsu.com/dl.aspx?id=71fac54b-7ec3-4b3f-b13d-f80fbb42d583
http://docs.ts.fujitsu.com/dl.aspx?id=e34159fa-0196-4a01-99ff-8792b5f644eb
RAID-Controller-Performance (Vorgänger White Paper, bis zum Jahre 2011)
http://docs.ts.fujitsu.com/dl.aspx?id=de84ef99-1057-45cc-825e-17bd1708bd66
Performance einzelner Festplatten
http://docs.ts.fujitsu.com/dl.aspx?id=664c076d-f57b-4dcc-beeb-c40451554d92
Grundlagen Disk-I/O-Performance
http://docs.ts.fujitsu.com/dl.aspx?id=3d4fbad8-2a7e-465f-b9ee-d43b711f636d
Informationen über Iometer
http://www.iometer.org
Kontakt
FUJITSU
Website: http://www.fujitsu.com/de/
PRIMERGY Product Marketing
mailto:[email protected]
PRIMERGY Performance und Benchmarks
mailto:[email protected]
© Copyright 2013 Fujitsu Technology Solutions. Fujitsu und das Fujitsu Logo sind Handelsnamen und/oder eingetragene Warenzeichen von Fujitsu Ltd. in
Japan und anderen Ländern. Andere Firmen-, Produkt- und Servicebezeichnungen können Marken oder eingetragene Marken der jeweiligen Eigentümer
sein. Änderung von technischen Daten sowie Lieferbarkeit vorbehalten. Haftung oder Garantie für Vollständigkeit, Aktualität und Richtigkeit der
angegebenen Daten und Abbildungen ausgeschlossen. Wiedergegebene Bezeichnungen können Marken und/oder Urheberrechte sein, deren Benutzung
durch Dritte für eigene Zwecke die Rechte der Inhaber verletzen kann.
Weitere Einzelheiten unter http://www.fujitsu.com/de/resources/navigation/terms-of-use.html
2013-08-01 WW DE
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RAID-Controller Performance 2013

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