Diskprestanda Tester

Transkript

1 Linnéuniversitetet Projektrapport Grundläggande Operativsystem 1DV415 Diskprestanda Tester Matteus Gilis, Linus Fogelström 9 januari 2014

2 Sammanfattning Vi ville utföra läs och skrivhastighets tester mellan hårddiskar som hade olika gränssnitt. Dessa olika hårddiskar var en med Paralell ATA, SATA II och en SSD med stöd för SATA III. De tester som vi utförde var installationstiden det tog för att installera en ren installation av Ubuntu bit[1] linux distribution utan anslutning till internet för att få endast installationstiden utan uppdateringar på de olika diskarna. Ett test innebar även att vi mätte tiden hur långt det tog för systemet att boota från det att vi tryckte på startknappen på datorn. För att mäta läshastigheter använde vi Ubuntu's Disk Benchmark och hdparm[2] verktyg. För att mäta skrivhastigheter använde vi kommandot dd[3] i terminalen med skrivnings parametrar som innebar att den kopierade rådata till hårddisken och mätte hur lång tid det tog att skriva datan och vilken transfer rate var det.

3 1 Introduktion 1.1 Bakgrundsfakta: Den sekundära minnet i ett datorsystem är en av de största askhals och det krävs konstant förbättring av teknologin som används för att öka prestandan. Prestandan av I/O enheter kan påverkas av många olika faktorer, så som Operativsystem, lsystem eller diskschemaläggnings algoritmer. För att öka den, använder diskarna buer där data sparas temporärt i cache minnet som är snabbare. Disk cache är ett litet minnesuttrymme (exempelvis 8MB eller 16MB som våra test hårddiskar har) och innehåller kopior av vissa sektorer på disken[4]. Solid State Drives använder sig oftast av DRAM för caching. SSD diskar anses att vara betydligt snabbare än HDD och tillsammans med SATA III gränssnittet kan de ge en väldigt märkbar prestandaökning av hela systemet. 1.2 Jämförelse av hårddiskarnas gränssnitt: Den första generationen av ATA gränssnittet kunde endast erbjuda hastighet på 16 MB/sek som sedan ökades till 133MB/sek. Paralell ATA hade en del begränsningar så som att enheter ihopkopplade med samma kabel kunde utföra operationer endast en i taget. Man ställde in operationsläget med en jumper: Master, Slave eller Cable Select där i den nya SATA gränssnittet behöver man inte ställa in operationsläget manuellt, då varje enhet är ihopkopplat enskild till moderkortet. Där kan man inse att askhalsen var väldigt stor på den tiden och idag fortfarande nns jämfört med kommunikationen med de övriga komponenter så som CPU och RAM. Paralell ATA ersättes med tiden av Serial ATA som hade en betydligt smidigare kablage och prestandan ökades till 1.5Gbit/s. I dagsläget, den tredje generationen erbjuder hastigheterna kring 600MB/s (6Gbit/s). Mekaniska hårddiskar håller på att ersättas med Solid State Drives, då innehåller de inga mekaniska delar så är de betydligt snabbare (både Access Time, som är tiden som krävs för enheten att utföra läs eller skriv operationer och Transfer Time, som är tiden som krävs för att utföra en överförning av data)[5] och mindre som i samband med SATA III gränssnittet kan ge betydligt märkbara prestandaökningar. Detta inspirerade oss att göra projektet med att mäta hastighetsskillnader mellan de olika disk teknologier som är en väldigt viktigt del av en datorsystem. 1.3 Syfte: Experimentet syftar just på prestanda jämförelse av de olika gränssnitt och disktyper. Syftet med projektet var att mäta hastigheterna på de olika hårddiskar under olika sammanhang. Vi mätte installationstid av operativsystem, läs och skriv hastigheter samt bootnings tid på datorn. Miljön som användes under experimentet var en stationär PC med följande specikationer: 2

4 Intel Core 2 Quad Q6600 3,2GHz processor 4GB DDR2 1066MHz RAM Asus Rampage Formula moderkort Operativsystem: Ubuntu bit Verktyg som användes under experimentet var Ubuntu's Disk Benchmark, hdparm och kommandon dd för att mäta skriv hastigheten till diskarna. Vi testade tre stycken diskar, en mekanisk HDD med Paralell ATA interface, en mekanisk med SATA II och en SSD disk som arbetade i SATA II läge (det snabbaste läget som moderkortet stödjer under vår experiment). 1.4 Mjukvaru-inställningar: Ubuntu's Disk Benchmark användes för att mäta läshastigheten med inställningar: Number of Samples (Transfer Rate) = 100, Number of Samples (Access Time) = 1000, Sample Size = 10MB. Verktyget hdparm användes för att mäta buer och cache hastigheter och dd kommandon användes för att skriva 2.1GB av rå data till disken. Följande parametrar och kommando utfördes under experimentet: # echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches Rensar buer-cache, används för att få mer reliabla prestanda resultat. Kördes innan testerna. # hdparm -Tt /dev/sda mäter enhetens buer och cache prestanda. # dd if=/dev/zero of=test bs= count=2048 skriver 2.1GB av rå data till en test l. 1.5 Utförande: Testerna kördes ett par gånger för att få en medelvärde samt ett mer reliabel resultat. För att mäta installationstid och bootnings tid på de olika diskarna, använde vi en vanlig tidtagare. De olika verktygen som vi valde används vanligtvis under linux miljö för att undersöka disk prestanda, samt att de ger oss en klar bild av prestandan i de olika sammanhang. Varför valde vi just de här testerna var framför allt för att vi själva var nykna på mer exakta resultat på att vissa diskar är snabbare än andra, man vet att de olika diskarna är olika snabba på en användarnivå men vi ville få lite mer data om att exakt så här snabbt läser och skriver en viss disktyp. Resultatet kan ändå skilja sig från förväntningarna som vi har bevisat under experimentet. 3

5 2 Experiment Diskarna som användes under experimentet: Samsung SP2514N ATA HDD 250GB (7200RPM 8MB Buer Size ATA133)[6] Western Digital WD2500KS HDD 250GB (7200RPM 16MB Buer Size SATA II)[7] Corsair Neutron 128GB SSD (SATA II - läge)[8] 2.1 Samsung SP2514N Tester: Experimentet börjades med att undersöka Samsung SP2514N med Paralell ATA interface. Detta testades på den stationära PC som vi nämnde tidigare. Vi undersökte en ren installation av Ubuntu bit och mät tiden, hur länge tog det för att installera systemet. Vi kopplade ur nätverket för att endast få installationstiden och inte nerladdningar av uppdateringar. Installationstiden på Samsung SP2514N tog: 4 min 17 sek. Bootnings tiden mätte vi efter första omstarten för att systemet skulle kongureras direkt efter installationen och det tar extra tid. Bootnings tiden ck vi till: 52 sek, och detta mätte vi från och med vi tryckte på power knappen (se Figur 1). Efter installationen, testade vi systemet med de olika benchmark verktyg. Med Ubuntu's Disk Benchmark undersökte vi läs hastigheten på disken. Vi ställde in 100 stycken samples (Transfer Rate) på 10 MB och 1000 stycken på Access Time som skulle läsas. Resultatet som vi har fått är: Average read rate: 58.4MB/S (se Figur 2) och Average access time: 14.61ms (se Figur 3) som är medelvärde av läshastighet och medelvärde av tiden då enheten är redo för läs och skriv operationer. hdparm verktyget använde vi för att mäta hastigheterna på diskens cache och buer. Resultaten var: Timing cache reads: MB in 2 secs = MB/s, Timing buered disk reads: 208 MB in 3 secs = 69.24MB/s som visar medelhastigheterna på läsning av diskens cache och buer (se Figur 4). Kommandon dd användes för att få medelvärde av skrivhastigheten. Vi mätte kopieringen av 2.1GB rådata och resultaten blev: 2.1 GB copied in sek, 81.8 MB/S (se Figur 5). 4

6 2.2 Western Digital WD2500KS tester: På Western Digital WD2500KS med SATA II interface, körde vi exakt samma tester för att se vilka hastighetsskillnader det kunde bli. Installationstiden blev 4 min och 10 sek och bootnings tiden blev 50 sek (se Figur 1). Ubuntu's Disk Benchmark resultatet blev: Average read rate: 51.5 MB/S (se Figur 2). Average access time: ms (se Figur 3), där använde vi samma inställningar med samples som på Samsung SP2514N. Resultatet i hdparm blev följande: Timing cache reads: MB in 2 secs = 5243,48 MB/s. Timing buered disk reads: 168 MB in 3.03 secs = MB/s. (se Figur 4) Resultatet i kommandot dd med skrivning utav 2.1 GB rådata blev: 2.1 GB copied in sek, 64.7 MB/S (se Figur 5). 2.3 Corsair Neutron 128GB tester: Corsair Neutron 128GB SSD var ansluten till ett SATA II gränssnitt på moderkortet och kördes samma tester som innan. Installationstiden blev: 2 min och 50 sekunder och bootnings tiden blev: 34 sekunder (se Figur 1). Ubuntu's Disk Benchmark resultatet blev: Average read rate: 282,3. MB/S (se Figur 2), Average access time: 0.05 ms (se Figur 3), samma inställningar användes som på de förra diskarna. Resultatet i hdparm blev: Timing cache reads: MB in 2 secs = 5840,71 MB/s. Timing buered disk reads: 802MB in 3 secs = 267,19 MB/s (se Figur 4). Kommandot dd med skrivning av 2.1GB rådata blev: 2.1GB copied in 7,27 sek, 295MB/sek (se Figur 5). 5

7 2.4 Prestanda Diagramer: Figur 1: Installations och bootnings tid Figur 2: Ubuntu's Disk Benchmark (läshastigheter) 6

8 Figur 3: Ubuntu's Disk Benchmark (access time) Figur 4: hdparm (cache och buer prestanda) 7

9 Figur 5: dd (skrivhastigheter) 3 Slutsatser Experimentet gav inte de resultat vi hade förutfattat då vi antog att prestandan på Paralell ATA disken skulle vara lägst utav de tre diskarna vi provade. Western Digital WD2500KS SATA II disken kan ha fått sina sämre resultat på grund av slitage och det var inte gränssnittet som begränsade hastigheterna. Installations och bootnings tiderna var väldigt lika dock att beräkningen kunde ha gjorts lite mer korrekt om man andvänt sig utav ett annat verktyg än ett tidtagarur, detta gav ju oss bara ett ungefärligt resultat, dock är detta knappt något man märker när det är på användarnivå om det tar exempelvis 2 sekunder längre tid att installera/boota på en disk än en annan. SSD:n levde upp till de förväntningarna vi hade, att den ska vara väldigt mycket snabbare än de andra diskarna. Under testet med dd av skrivning kunde man se en riktig prestanda ökning jämfört med de andra mekaniska diskarna, även att hårddisken blev begränsad till gränssnittet på moderkortet så låg den i närheten av den maximala hastigheten man kan få ut ur ett SATA II gränssnitt. Access Time på SSD:n var betydligt kortare än på de mekaniska diskarna, då den har inga mekaniska delar. Om man skulle vilja få ut ännu bättre resultat angående installation och bootnings tiden skulle man kunna använda sig utav något annat verktyg än en tidtagare och ett SATA III gränssnitt till SSD:n. Bootnings testet kördes ju även från att vi tryckte på startknappen på datorn och då räknades POST också med i bootnings tiden och uppstartningen utav operativsystemet tog ungefär bara hälften av tiden. De mekaniska diskarna med SATA II och Paralell ATA gränssnitt hade kunnat få bättre resultat om dessa hade vart fabrikats nya, nu hade de fått jobba några år sen innan och det kan ha förekommit en del slitage som gör att de blir segare och att man då få sämre resultat. Western Digital WD2500KS passerade inte heller hela S.M.A.R.T testet och där kan man då dra slutsatsen att den hade fått jobba färdigt för sin livstid. 8

10 Litteraturförteckning [1] Ubuntu. Ubuntu's ociella hemsida [2] Steve Fortuna. Steve fortuna blog [3] Arch-Linux-Wiki. Ssd-benchmarking [4] William Stallings. Operating systems - internals and design principles. I/O Management and Disk Scheduling, s.523, [5] William Stallings. Operating systems - internals and design principles. I/O Management and Disk Scheduling, s.507, [6] Samsung-sp2514n-specikationer. SpinPoint-P120-SP2514N-hard-drive-250-GB-ATA html, [7] Wd-wd2500ks-specikationer. /specicationsfor-the-250-gb-second-generation-caviar-se16-serial-ata-drive, [8] Corsair-neutron-128gb-ssd-specikationer