Festplatten gibt es in vielen verschiedenen Anschlüssen, Anwendungszwecken, Bauformen, und Herstellern. Die Anzahl der auf dem Markt befindlichen Modelle sind mehr oder weniger schier unendlich.
Um einen gewissen Überblick über die Leistungsdaten der einzelnen Festplatten zu bekommen habe ich mehrere ältere Modelle miteinander verglichen. Gemeinsam waren allen, dass sie im 2.5″ Formfaktor gebaut sind, die größeren 3.5″ Festplatten habe ich in diesem Vergleich nicht betrachtet. Unter den Testkandidaten finden sich eine SSD und neun mechanische Festplatten. Ausgestattet sind die verschieden Festplatten entweder mit SAS2, SAS3, SATA II oder SATA III Interface. Der Test soll sich hauptsächlich auf mechanische Festplatten konzentrieren, die SSD dient nur als Vergleichswert für heute mögliche Werte.
Voraussetzungen & Ziele
Ziel dieses Vergleich ist es, ein Gefühl dafür zu bekommen, wie sich unterschiedliche Festplatten(generationen) hinsichtlich der IOPS, der Transferrate und Zugriffszeiten unterscheiden. Fragestellungen dabei sind:
- Spielt das Interface der Festplatten eine Rolle bei der Verwendung von mechanischen Festplatten? Bei dieser Betrachtung wird die SSD ausgeschlossen, da diese die volle zur Verfügung stehende Bandbreite des jeweiligen Interfaces ausnutzen kann.
- Spielt der Hersteller eine Rolle bei ähnlichen Spezifikationen?
- Spielt die Umdrehungsgeschwindigkeit der mechanischen Festplatten eine Rolle?
- Spielt die Kapazität der Festplatte eine große Rolle?
- Speilt das Alter der Festplatten eine Rolle?
Um diese Fragestellungen besser beantworten zu können, werden alle Festplatten in zwei unterschiedlichen Servern getestet. Ein Server ist mit einen SAS3-RAID-Controller ausgestattet, der zweite mit einem SAS2-RAID-Controller. Auf beiden Servern sind auf unabhängigen Boot-Festplatten Windows Server 2019 installiert. Die nachfolgende Tabelle beschreibt die verwendet Hardware in einigen Stichpunkten.
In der Tabelle sind nur zusätzliche Festplatten aufgeführt, die Testkandidaten werden noch gesondert aufgeführt. Damit die Rohleistung der Festplatten mit möglichst wenig Einfluss des jeweiligen RAID-Controllers erfasst werden kann, ist dieser entweder als HBA (HPe 440ar) oder als RAID0 ohne Caching (HPe P420i) zu konfigurieren. Jede Festplatte wird mit einer einzelnen Partition versehen, die die gesamte Kapazität der jeweiligen Festplatte umfasst.
Für den Test wird der weitverbreitete Benchmark „Crystal Diskmark 8.0“ verwendet. Das Testfile hat eine Größe von 8GB, der Test hat jeweils fünf Durchläufe. Um einen starken Einfluss der Auslastung des Systems zu minimieren, wurde jeder Test drei Mal durchgeführt und das Ergebnis gemittelt.
Testergebnisse
Die Messungen in beiden Servern ergaben die Situation, dass es bei mechanischen Festplatten keinen Unterschied macht, ob diese an einen SAS2/SATA3 oder SAS3/SATA3 fähigem RAID-Controller hängen. Die Transferraten sind deutlich geringer als die jeweiligen Schnittstellen maximal bereitstellen könnten. Aus diesem Grund betrachte ich für die Auswertung nur die Ergebnisse des HPe Proliant 360.
Auffällig beim Vergleich der verschiedenen Festplatten ist es, dass alle von mir verwendeten Festplatten mit der SAS-Schnittstelle deutlich höhere Rotationsgeschwindigkeiten aufweisen als die SATA Festplatten. Die höhere Rotationsgeschwindigkeit soll für kürzere Zugriffszeiten und größere IOPS sorgen. Die eigentliche Transfergeschwindigkeit der Festplatten bleibt aber ähnlich derer, die eine geringere Rotationsgeschwindigkeit aufweisen.
Auswertung IOPS
Die IOPS geben die Anzahl der Zugriffe in einer Sekunde an, je mehr Zugriffe in einer Sekunde ausgeführt werden können, desto schneller fühlt sich ein System an.
Der Unterschied zwischen den Festplatten mit SAS-Interface und SATA-Interface ist deutlich sichtbar. SAS-Festplatten schaffen meist mehr als die doppelte Anzahl von IOPS als SATA-Festplatten. Der Hauptgrund dafür ist wie bereits angesprochen die höhere Rotationsgeschwindigkeit der SAS-Festplatten. Neben dieser lassen sich unter anderem auch Rückschlüsse auf das Alter der Festplatten ziehen. Die Festplatten, welche am ältesten sind, haben mit Abstand die geringsten IOPS zu verzeichnen. Die SSD ist in dieser Konstellation außerhalb jeder Konkurrenz. Durch ihre Speichertechnologie ohne mechanische Teile kann sie mehrere 1000 IOPS leisten, ein Vielfaches der mechanischen Geschwister.
Auswertung Transferrate
Der Versuch zeigt, dass die Transferraten kaum durch das Interface oder die Rotationsgeschwindigkeit beeinflusst werden. Hier liegen die mechanischen Festplatten nah beieinander, egal ob es sich SAS- oder SATA-Modelle handelt. Keine von ihnen bewegt sich an den Grenzen der möglichen Bandbreite des genutzen Interfaces, mit zwei Ausnahmen: Die außer Konkurrenz getestete SATA-SSD lastet ihr Interface nahezu aus. Bei den SAS-Festplatten tut sich die SEAGATE ST600MM0009 hervor. Mit ihren Lese- und Schreibraten von deutlich über 200 MB/s bei großen Dateiblöcken, liegt sie am oberen Ende der momentanen mechanischen Festplatten. Wie zu erwarten brachen die Transferraten bei dem Lesen und Schreiben von kleinen Blöcken stark ein, teilweise deutlich unter 1 MB/s.
Auswertung Zugriffszeiten
Bei den Zugriffszeiten machen sich wieder die höheren Rotationsgeschwindigkeiten bei den SAS-Festplatten und die fehlende Mechanik bei der SSD bemerkbar. Die Zugriffszeiten liegen bei beiden deutlich unter derer der SATA-Modelle, meist um den Faktor vier geringer. Auffällig ist zudem, dass Zugriffe auf eine Quedepth von 1 deutlich schneller stattfinden als mit größeren Tiefen.
Fazit
Festplatten unterscheiden sich in vielfältiger Weise, selbst Festplatten aus einer Produktreihe eines Herstellers sind nicht gleich. Performance technisch sind SSDs mechanischen Festplatten vorzuziehen. Sollen viele Daten gespeichert werden und es kommt dabei nicht so sehr auf IOPS, Transferraten oder Zugriffszeiten an, sind mechanische Festplatten weiterhin eine gute Wahl.
Abschließend lässt sich sagen, dass die Performance von mechanischen Festplatten keinesfalls vom Interface abhängig ist SATA II/III oder SAS2/3 bieten jederzeit genügend Bandbreite.
Der Hersteller spielt eine eher untergeordnete Rolle, Festplatten mit ähnlichen Spezifikationen sind auch in der Messung nah beieinander.
Die Rotationsgeschwindigkeit hat einen Einfluss auf die Performance der Festplatte. Die Transferrate bleibt ähnlich zwischen schnelleren und langsameren Modellen, aber die Zugriffszeiten verkürzen sich bemerkbar, ebenso wie die höheren IOPS.
Die Kapazität der Festplatten spielt eine eher untergeordnete Rolle, die Messungen lassen wenig Rückschlüsse darauf zu, dass Festplatten mit größerer Kapazität schneller sind.
Das Alter einer Festplatte hat schon Einfluss auf dessen Performance. Die im Test ältesten Festplatten, lieferten auch die schwächste Performance ab. Trotz der auf dem Papier ähnlichen Spezifikationen zwischen älteren Festplatten und den heutigen eingesetzten Festplatten liegen mehrere Jahre Entwicklung dazwischen. Die Zeit haben die Hersteller genutzt, um ihre Produkte zu verbessern. Nicht nur im Punkt Performance, sondern auch bezüglich der Lautstärke, der Temperatur und dem Energiebedarfs hat es deutliche Fortschritte gegeben.