Comparando desempenho de SSDs Kingston® KC400/256GB em RAID-0, RAID-1 e RAID-10

Comparando RAID-1 e RAID-10
A maneira mais prática de otimizar performance de I/O, capacidade e segurança é através de um volume RAID. 
A grande vantagem desses volumes está no uso de múltiplas unidades, sem que o usuário tenha de apelar para tecnologias mais onerosas, tanto para obter desempenho, quanto para obter capacidade.

Para ilustrarmos os diferentes desempenhos que podem ser atingidos em volumes RAID, elegemos uma configuração base para os ensaios e, conforme cada volume, foram aderidas unidades SSD.

Configuração de Base:

Placa mãe de servidor Intel® S1200SPL;
Processador Intel® Xeon® E3-1240v6 (4-Core com HT);
64 GB de RAM (populadas através de 4 módulos Kingston® DDR4/2133);
01 SSD Kingston® Enterprise de 256GB, Série KC400, para Sistema Operacional;
01 a 04 SSDs Kingston® Enterprise de 256GB, Série KC400, para os volumes;
Fonte Thermaltake® com PFC Ativo de 600Watts;
(*) Todas as unidades foram conectadas diretamente às portas SATA da placa mãe!

CrystalDiskMark:
Para os testes foi empregado o CrystalDiskMark 5.1.2 x64 instalado sobre o Sistema Operacional Windows Server 2012 R2.


CrystalDiskMark 5.1.2 x64

Tipos de testes:
O CrystalDiskMark realiza quatro tipos de testes: Seq, 512 K, 4K e 4K QD32, sendo:

Em modo “Seq” o teste é executado com blocos sequenciais de 1024 KB;
Em modo “512 K” os testes são executados com blocos de 512 KB, gravados em locais aleatórios;
Em modo “4 K” os testes mantém uma fila de gravação e leitura com um bloco de 4 KB;
Em modo “4 K QD32” os testes mantém uma fila de gravação e leitura com 32 blocos de 4 KB;

Sobre Custo vs. Capacidade:
É consenso no mercado que, em HDDs mecânicos (discos rígidos), o custo por GB cai em função da capacidade.
Um HDD de 2TB tem menor custo que dois HDDs de 1TB cada, por exemplo.

Em SSDs o custo por GB é linear:
Um SSD de 512GB tem custo semelhante ao de duas unidades de 256GB, assim como duas unidades de 512GB têm custo próximo ao de uma unidade de 1024GB.

Esse custo por GB se dá em função do custo de memória, a mesma situação que ocorre em módulos de memória RAM, onde, por exemplo, um módulo de 32GB tem o mesmo custo que dois módulos de 16GB.

Sabendo disso, os usuários têm optado por duas ou mais unidades SSD em lugar de apenas uma unidade de maior capacidade.

Sem RAID, usando apenas 1 SSD

Alojando apenas 01 SSD abaixo da unidade de Boot, sem RAID, o teste apresentou taxas sequenciais de 563,3MB/s para leitura e 543MB/s para gravação:


SSD único - Sem RAID


RAID nível 0 (Striping)
O volume em RAID-0 consolida duas ou mais unidades em um único volume. Dessa maneira, tomando por exemplo dois SSDs de 256GB, o produto final será um RAID-0 com 512GB.
Como os dados são gravados e lidos repartidamente em duas unidades, um incremento de desempenho é facilmente percebido pelo usuário.

RAID-0

Desempenho com 2 SSDs em RAID-0

Alojando 02 SSDs abaixo da unidade de Boot, em RAID nível 0, o teste apresentou taxas sequenciais de 1.110MB/s para leitura e 1065MB/s para gravação.
O incremento de desempenho percebido chega a 97% em leitura e 96% em gravação!


02 SSDs em RAID-0

Desempenho com 4 SSDs em RAID-0
Dessa vez, alojando 04 (quatro) SSDs abaixo da unidade de Boot, novamente em RAID nível 0, o teste apresentou taxas sequenciais de 1933 MB/s para leitura e 1956 MB/s para gravação.
O ganho de desempenho chegou a 74% em leitura e 83% em gravação quando comparados a 02 unidades em RAID-0 e notáveis 243% em leitura e 260% em gravação quando comparados ao resultado de apenas uma unidade!


04 SSDs em RAID-0

Conclusão em RAID-0
Esse volume tem a característica de elevar consideravelmente o desempenho e, como se notou na segunda simulação, quanto mais unidades são aderidas ao volume, maior o desempenho obtido.

O risco envolvido em um volume em RAID-0 é que, havendo falha em qualquer unidade, todo o volume será perdido, uma vez que os dados estão distribuídos entre as unidades e, portanto, não poderão ser reconstruídos caso uma sofra um dano.

Em contrapartida, como a confiabilidade dos SSDs é muito superior à dos discos mecânicos, muitos usuários têm optado pela vantagem em desempenho.

Outro cenário amplamente adotado é um volume RAID-0 para altíssimo desempenho e um backup em HDD mecânico. Nesse cenário o usuário desfrutará de desempenho por longo tempo e, na eventualidade de uma degradação do volume, restaura-se o BKP e retorna às atividades cotidianas.



RAID-1
RAID nível 1 (Espelho)
Como a segurança dos dados é fator primordial, a configuração de RAID mais difundida é o espelhamento (mirroring), através do RAID em nível 1.

O volume em RAID-1 duplica os dados de uma unidade sobre a outra, por isso, duas unidades de 256GB cada resultarão em um volume, também, com 256GB.



RAID-1 (espelho), usando 2 SSDs
Mesmo com a duplicação dos dados, o volume atingiu taxas sequenciais de 1.100 MB/s para leitura e 541,6MB/s para gravação.


Mesmo ganhando no quesito segurança, ainda assim há um perceptível ganho de 95% em leitura quando comparado ao resultado de apenas uma unidade! A escrita permaneceu inalterada pois, de fato, ela é feita duas vezes (uma em cada unidade física).



Conclusão em RAID-1
Nota-se que, sendo duas mídias de consulta, é possível obter ganho de leitura, mesmo sendo um volume duplicado.
Já na gravação, como a ação ocorre simultaneamente nas duas unidades, há uma discretíssima perda em relação à unidade sem qualquer volume.

RAID-10

RAID nível 10 (Striping + Espelho)

O volume em RAID-10 é uma combinação de desempenho e segurança.
Para esse volume são necessárias 4 unidades, onde cada duas formarão um espelho e, sobre esses dois espelhos, um volume RAID-0 será criado para obter desempenho.

Nessa construção o volume formado por quatro unidades terá a capacidade final de apenas duas. No exemplo, 04 unidades de 256GB perfazem um volume RAID-10 com 512GB.


Desempenho com 4 SSDs em RAID-10

Dessa vez, alojando 04 (quatro) SSDs abaixo da unidade de Boot, em RAID nível 10, o teste apresentou taxas sequenciais de 1945 MB/s para leitura e 977,6 MB/s para gravação.


04 SSDs em RAID-10


Conclusão em RAID-10
Respeitando o propósito de unificar segurança e desempenho, o volume em RAID-10 conseguiu oferecer ganhos de 245% em leitura e 80% em gravação em comparação a uma unidade simples.

Mesmo quando comparado a um volume espelhado (2x SSDs em RAID-1), são percebidos ganhos de 77% e leitura e 80% em escrita, o que justifica um volume RAID-10 de 4x 256GB em lugar de um espelho de 2x 512GB, por exemplo.


Conclusão: Encontrar a relação ideal entre desempenho e segurança
Pelos resultados obtidos nas medições acima é possível perceber que o incremento de desempenho é linear e proporcional, ou seja, a cada unidade aderida ao volume o usuário notará um incremento no I/O.

Os equipamentos baseados em placas de servidor Intel® trazem a tecnologia Intel® RST como recurso nativo, permitindo a implementação de volumes sem nenhum ônus adicional com controladoras proprietárias.


O propósito dessa postagem é apresentar uma solução acessível para alto desempenho de I/O, cabendo ao usuário dimensionar um arranjo que assegure performance e segurança aos dados ali depositados.


Dicas de leitura:
Comparando desempenho de SSDs em RAID-0, RAID-1 e RAID-10 (2016)
Comparando desempenho de SSDs em RAID (2014)
Comparando desempenho de SSDs em RAID-0
Performance em RAID-5
Comparando RAID-1 e RAID-10 (2010)
Comparando RAID-1 e RAID-10 (2014)

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