Linux E X P R E S

Výkon diskového pole

Server je osazen diskovým polem RAID 1+0. Data se tedy nejprve zrcadlí, a pak se prokládají (čili jde vlastně o dvě pole RAID 1 vložená do RAID 0). Toto pole by mělo tedy nabízet teoreticky dvoj- nebo čtyřnásobnou rychlost čtení (podle toho, jak řadič s disky pracuje), dvojnásobnou rychlost zápisu a dvojnásobnou kapacitu oproti jedinému disku. Co se týká spolehlivosti, v každém vnitřním RAID 1 může selhat jeden disk, aniž by došlo ke ztrátě dat.

Použité disky jsou v zásadě úplně běžné (tj. 7200 otáček za minutu); jedná se o „RAID Edition“ – od disků pro „použití sólo“ (mimo RAID) je však odlišuje jen chování při chybách, které je přizpůsobeno vlastnostem RAID (disk dříve vzdá pokusy o čtení poškozených dat, protože se počítá s tím, že je lze rekonstruovat odjinud).

Server Silent Nehalem

Výrobce u disku neudává žádné konkrétní výkonností parametry (kromě průměrné latence 4,2 ms, což ale mnoho neřekne, zřejmě se jedná o latenci rotace). V testu magazínu Tom's Hardware (kde byla ale testována verze o kapacitě 1 TB) byla naměřena rychlost čtení a zápisu na začátku disku okolo 110 MB/s a postupně klesala až na cca 56 MB/s na konci disku (v polovině kapacity byla zhruba 96 MB/s).

Pro měření parametrů disku byl použit jednak standardní linuxový program hdparm, který kromě jiného umožňuje zjistit základní vlastnosti úložiště, a dále pak program bonnie++ určený pro testování disků. hdparm měří ve vztahu k disku pouze jedinou hodnotu, a to rychlost čtení. Ta byla zjištěna 220,8 MB/s, což odpovídá dvojnásobku výše uvedené hodnoty pro jeden samostatný disk a lze to pro účely dalších testů považovat za maximální dosažitelnou rychlost.

Více čísel poskytuje program bonnie++. Jedná se o rychlost a procesorovou zátěž při jednotlivých operacích – nejde o operace jen s fyzickým zařízením, nýbrž o operace se soubory z pohledu běžných aplikačních programů (tedy včetně režie systému na alokaci potřebné paměti apod.). Tyto hodnoty jsou uvedeny v tabulce. Program umožňuje měřit i operace typu vytváření a rušení souborů, ty jsou ale silně závislé na použitém souborovém systému (jsou tedy více testem souborového systému než úložiště samotného) a v některých případech (jako tomu bylo i zde se souborovým systémem ext4) měření selhává, protože se program neumí vyrovnat s extrémně rychlým průběhem operací.

Znakový zápis zde znamená, že program zapisuje do souboru pomocí funkce putc(), k blokovému zápisu se používá funkce write() s bloky o velikosti 1 GB. Přepis spočívá v přečtení a přepisu bloku souboru. Podobně znakové čtení používá funkci getc(), blokové read(). Náhodný pohyb spočívá v tom, že spustí paralelně tři procesy, z nichž každý čte náhodně zvolená místo v souboru a v 10 % případů je i přepisuje.

První tabulka ukazuje chování při operacích na šestnácti souborech o velikosti 1 GB (výchozí hodnota úložného prostoru odpovídá dvojnásobku paměti RAM, tj. zde 8 GB) při téměř prázdném disku. Jde o relativně příznivou situaci, protože jednak operace probíhají na malé oblasti disku, navíc na jeho začátku, a současně se projevuje vliv cache operačního systému.

	Znakový zápis	Blokový zápis	Přepis	Znakové čtení	Blokové čtení	Náhodný pohyb
Rychlost [MB/s]	54,3	167,3	56,2	57,8	181,6	284 pohybů
Zátěž CPU [%]	99	18	6	94	9	1

Znakové operace zde jednoznačně narážejí na to, že procesor „nestíhá“, takže je prakticky plně vytížen, zatímco přenosová rychlost padá na úroveň čtvrtiny teoretického maxima. Blokové operace se blíží maximální rychlosti (pokles o 13,9 % u čtení, o 20,6 % u zápisu), přičemž zápis zatěžuje procesor dvojnásobně oproti čtení. U přepisu, kde se rychlost pohybuje opět na čtvrtině maxima, se již zjevně projevuje vliv přesunu hlav disků.

Diskové pole „stíhá“ provést 284 pohybů po souboru za sekundu, což znamená průměrně 3,5 ms na každý pohyb. V porovnání s teoretickou hodnotou latence 4,2 ms na jeden disk to činí 79,8 %; použije-li se zjednodušený předpoklad, že použití RAID prokladu teoretickou hodnotu zmenšuje na polovinu, tj. na 2,1 ms, činila by zjištěná hodnota (do které se počítá rotační latence, doba přesunu hlav, vlastní čtení/zápis i režijní operace systému) 166,7 % této teoretické hodnoty. To je velmi dobré číslo a dává naději slušného výkonu serveru pro taková využití serveru, kde se bude pracovat s daty do určité míry roztroušenými po disku.

Ve druhé tabulce jsou obdobné hodnoty, naměřené však pro 550 souborů o velikosti 1 GB. Tyto soubory zaujímají téměř celou kapacitu úložiště a zasahují prakticky od začátku disků na jejich konec. Projeví se tu tedy dlouhé přesuny hlav (u náhodného přístupu), nižší výkon na konci disků a současně velmi malý vliv cache.

	Znakový zápis	Blokový zápis	Přepis	Znakové čtení	Blokové čtení	Náhodný pohyb
Rychlost [MB/s]	51,5	94,7	43,7	57,2	115,1	88 pohybů
Zátěž CPU [%]	96	11	5	94	6	0

Rozdíl oproti předchozí situaci je u znakových operací zanedbatelný, což potvrzuje, že je zde úzkým hrdlem výkon procesoru. Významné zpomalení nastalo u blokových operací, pravděpodobně z obou vyjmenovaných příčin (vliv pozice a cache). Největší dopady, konkrétně zpomalení na pouhých 31 %, měla změna situace na náhodný pohyb po disku. Průměrná celková doba na jeden pohyb však činí 11,4 ms, což je stále vcelku slušná hodnota.

Porovnání rychlostí RAID pro začátek disku a celý disk, stejně jako rychlostí jednotlivých druhů operací (včetně maximální rychlosti změřené programem hdparm), je dobře vidět v následujícím grafu:

Výkon diskového pole

U znakových operací je prakticky jedno, kde se v rámci celého úložiště odehrávají. Také při přepisu není rozdíl až tak markantní. V obou případech je to dáno tím, že se úzké hrdlo nachází jinde než v mechanických vlastnostech disků.

Energetické nároky

S rostoucími cenami elektřiny se stává spotřeba serverů poměrně důležitým faktorem, který ovlivňuje celkové provozní náklady. Navíc spotřebovaný elektrický příkon znamená také odpadní teplo, kterého je potřeba se nějak zbavovat – nezřídka opět se spotřebou další energie. Proto je žádoucí, aby spotřeba energie byla co nejnižší. Netýká se to jen špičkové spotřeby (při maximálním zatížení serveru), ale především té naprázdno a při částečné zátěži.

Orientační údaje o příkonu serveru jsou uvedeny v dodacím listu. Příkon naprázdno je v tomto případě cca 60 W (zdánlivý příkon 85 VA), příkon při zátěži cca 139 W (174 VA). Ještě pro úplnost – účiník (cosφ) zde vychází 0,7 při běhu naprázdno, resp. 0,8 při zatížení.

Následující údaje byly získány měřením pomocí přístroje Voltcraft Energy Check 3000. Měření probíhalo vždy deset minut (po čekací době pět minut za daných podmínek pro dosažení ustáleného stavu); jedná se tedy o průměrný příkon za desetiminutový úsek. Režim „1 CPU“ znamená, že bylo plně vytíženo (programem stress) jedno virtuální procesorové jádro (polovina fyzického jádra), další režimy jsou obdobné. Režim „disk“ je intenzivní prací disků v podobě nepřetržitých zápisů (soubory o velikosti 1 GB), bez významné zátěže procesorů. Režim „model“ je modelová zátěž spočívající v běhu webového serveru Apache (verze 2.2.9 s MPM Prefork, výchozí konfigurace) a databáze MySQL (5.0.51a), kdy mu klient na lokální síti (100 Mb/s) posílá nepřetržitě ve čtyřech vláknech požadavky na stránky čerstvě nainstalovaného systému MediaWiki (celková zátěž procesorů je okolo 45 %).

Režim	naprázdno	1 CPU	2 CPU	3 CPU	4 CPU	5 CPU	6 CPU	7 CPU	8 CPU	disk	model
Příkon [W]	71,5	100.3	114	128,9	145	148,1	150,8	154,7	163,1	92,6	134,2

Po vynesení hodnot odpovídajících spotřebě podle zátěže jednotlivých jader do grafu je vidět, jak se systém z hlediska spotřeby chová. Již při zátěži jediného (virtuálního) jádra významně naroste celkový příkon oproti běhu naprázdno. Do čtyř virtuálních jader pak spotřeba roste přibližně lineárně, podobné je i pro další zatěžovaná jádra, ovšem s tím, že od pátého jádra jsou nárůsty již mnohem menší.

Energetické nároky

Popsané chování je přesně v souladu s tím, jak plánovač úloh v Linuxu nakládá s běžícími vlákny. Snaží se – dokud to jde – další běžící vlákno naplánovat na volné fyzické jádro procesoru, proto spotřeba aktivací dalšího jádra naroste o příkon tohoto jádra. Po obsazení všech fyzických jader se obsazují již jen zbývající virtuální jádra, proto spotřeba již tolik nenarůstá.

Hlučnost

Hlučnost běžně nebývá klíčovým faktorem pro výběr nebo konfiguraci serverů (hluk v serverovně málokdy někoho trápí). Zejména pro menší firmy, které mají servery umístěné například přímo v kanceláři, však může být poměrně významná, a server hlukově připomínající startující letadlo by moc pracovní pohody nepřinášel.

Testovaný server je osazen Silent Kitem, což je sada pro snížení hlučnosti. Výrobce udává hlučnost pod 30 dBA, což je hodnota, která je pod běžnou úrovní kancelářského hluku a pod hlučností většiny klasických osobních počítačů.

V rámci tohoto testu bohužel nebylo možné (z technických důvodů) provést měření hladiny akustického tlaku pro porovnání s uvedenou hodnotou. Při subjektivním posouzení je však server skutečně tišší než běžné kancelářské počítače a navíc se hlučnost se zátěží nezvyšuje (otáčky ventilátorů zůstávají stále nízké). Hlavním zdrojem hluku je zadní strana serveru, kde jsou umístěny dva ventilátory – 12cm systémový a 8cm ve zdroji (právě ten zjevně generuje zdaleka nejvíce hluku).

Co se týká přední strany, na snížení hlučnosti se příznivě podílejí dveře (s děrovaným plechem), které odfiltrovávají podstatnou část nepříjemného hluku ze čtyř nainstalovaných disků. Za provozu je tedy důležité ponechávat tyto dveře zavřené, není-li zrovna potřeba například manipulovat s DVD mechanikou.

Teplota

Server bohužel neumožňuje měřit teplotu přes rozhraní ACPI (což je zřejmě problém chybějícího ovladače pro Linux). Protože je však na základní desce nainstalován monitorovací IPMI modul, lze k měření teploty a jiným činnostem využít speciální aplikaci IPMIView nainstalovanou na jiném počítači, který se se serverem propojí samostatnou sítí prostřednictvím síťového rozhraní modulu.

Touto cestou lze zobrazovat kromě jiného teplotu (systému a procesorů – viz dále), otáčky ventilátorů a napětí na různých napájecích větvích. Teplota je indikována v konkrétní hodnotě pro systém a jen slovně (např. „Low“) souhrnně pro procesory. Otáčky a napětí se zobrazují v konkrétních hodnotách. Pro všechny číselné hodnoty se zobrazují i meze správné funkce.

Při běhu naprázdno je ustálená systémová teplota serveru 31 °C (při teplotě vzduchu v místnosti 24 °C), při plném zatížení procesorů teplota pozvolna stoupá a po zhruba hodině se ustálí na hodnotě 35 °C (jako limit je uvedeno 58 °C). Teplota procesorů zůstává i po dlouhodobém plném zatížení na hodnotě „Low“, na které byla při běhu naprázdno.

Celkové zhodnocení

Testovaný server patří podle „papírových“ předpokladů do nižší výkonností třídy (jak z hlediska procesorového, tak například i podle použitého úložiště), proto od něj nelze očekávat závratné výkony. Při testech však rozhodně nezklamal a například pro nasazení jako webový server poskytující malé statické soubory ho lze velmi úspěšně použít.

Příjemným překvapením byly vlastnosti energetické, teplotní a hlukové. Právě zmíněné menší firmy, které nemívají serverovny, servery umísťují do běžných kancelářských místností, přivítají nízkou hlučnost (danou jak použitými ventilátory, tak i tuhostí skříně, byť s nepříznivými dopady na hmotnost serveru) – která by za použití tiššího napájecího zdroje ještě dále významně klesla.

Server zezadu

Také spotřeba serveru se pohybuje na velmi únosných hodnotách, blízkých těm, které jsou typické spíše pro běžné osobní počítače. Asi nejzajímavější je ale zjištění, jak nízko se drží teplota při plné zátěži. Je vidět, že tiché chlazení může být současně velmi účinné a udrží teplotu součástí uvnitř skříně na bezpečné úrovni s velkou rezervou.

Testovaný server lze doporučit pro všechna výkonově méně náročná použití, zejména s požadavkem na nízkou hlučnost a za situací, kdy nelze vnější prostředí účinně chladit. V testované konfiguraci je server v porovnání s konkurencí (Sun, Hewlett Packard, IBM apod.) relativně drahý (okolo padesáti tisíc korun), ovšem komu bude stačit méně paměti a hlavně se obejde bez hardwaru RAID, získá kvalitní server za velice výhodnou cenu (s diskem 320 GB již od necelých osmnácti tisíc korun).