Performance Report PRIMERGY RX200 S4

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1 Performance Report PRIMERGY RX200 S4 Version 2.3 Januar 2009 Seiten 41 Abstract In diesem Dokument sind alle Benchmarks, die für die PRIMERGY RX200 S4 durchgeführt wurden, zusammengefasst. Ferner werden die Leistungsdaten der PRIMERGY RX200 S4 mit denen anderer PRIMERGY Modelle verglichen und diskutiert. Neben den Benchmark-Ergebnissen als solchen wird jeder Benchmark und die Umgebung, in der der Benchmark durchgeführt wurde, kurz erläutert. Inhalt Technische Daten...2 SPECcpu SPECjbb SPECpower_ssj StorageBench...19 OLTP Terminal Server...30 vservcon...37 Literatur...41 Kontakt...41

2 Technische Daten Die PRIMERGY RX200 S4 ist ein mit nur einer Höheneinheit besonders Platz sparender Dual Socket Rack-Server, der die PRIMERGY RX200 S3 ablöst. Sie besitzt einen Intel 5000P Chipsatz, zwei Intel Dual-Core oder Quad-Core Xeon Prozessoren, bis zu 48 GB 4-way interleaved ECC DDR2-SDRAM PC2-5300F, einen abhängig vom verwendeten Prozessor mit 1067 oder 1333 MHz getakteten Front-Side-Bus, für vier 2.5 oder zwei 3.5 SATA-Festplatten einen onboard 2-Kanal SAS-Controller mit RAID 0 und RAID 1 Funktionalität oder für vier 2.5 oder zwei 3.5 SAS-Festplatten einen onboard 4-Port SAS-Controller mit RAID 0, 1 und RAID-1E Funktionalität oder einen onboard 4-Port SAS- Controller mit RAID 0, 1, 10, 5 und RAID 6 Funktionalität, zwei onboard Broadcom GBit Ethernet-Controller und drei PCI Steckplätze (2 mal PCIe x8 und 1 mal PCIe x4). Detaillierte technische Informationen finden Sie unter Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 2 (41)

3 SPECcpu2006 Benchmark-Beschreibung SPECcpu2006 ist ein Benchmark, der die Systemeffizienz bei Integer- und Fließkomma-Operationen misst. Er besteht aus einer Integer-Testsuite (SPECint2006), die 12 Applikationen enthält, und einer Fließkomma-Testsuite (SPECfp2006), die 17 Applikationen enthält. Beide Testsuiten sind extrem rechenintensiv und konzentrieren sich auf die CPU und den Speicher. Andere Komponenten, wie Disk-I/O und Netzwerk, werden von diesem Benchmark nicht vermessen. SPECcpu2006 ist nicht an ein spezielles Betriebssystem gebunden. Der Benchmark ist als Source-Code verfügbar und wird vor der eigentlichen Messung kompiliert. Daher beeinflussen auch die verwendete Compiler-Version und deren Optimierungseinstellungen das Messergebnis. SPECcpu2006 beinhaltet zwei verschiedene Methoden der Performance-Messung: Die erste Methode (SPECint2006 bzw. SPECfp2006) ermittelt die Zeit, die für die Bearbeitung einer einzelnen Aufgabe benötigt wird. Die zweite Methode (SPECint_rate2006 bzw. SPECfp_rate2006) ermittelt den Durchsatz, d.h. wie viele Aufgaben parallel erledigt werden können. Beide Methoden werden zusätzlich noch in zwei Messläufe unterteilt, base und peak, die sich in der Verwendung der Compiler-Optimierung unterscheiden. Bei der Publikation von Ergebnissen werden immer base -Werte verwendet, peak -Werte sind optional. Benchmark Arithmetik Typ Compiler- Optimierung SPECint2006 Integer peak aggressiv SPECint_base2006 Integer base konservativ SPECint_rate2006 Integer peak aggressiv SPECint_rate_base2006 Integer base konservativ SPECfp2006 Fließkomma peak aggressiv SPECfp_base2006 Fließkomma base konservativ SPECfp_rate2006 Fließkomma peak aggressiv SPECfp_rate_base2006 Fließkomma base konservativ Messergebnis Geschwindigkeit Durchsatz Geschwindigkeit Durchsatz Anwendung Singlethreaded Multithreaded Singlethreaded Multithreaded Bei den Messergebnissen handelt es sich um das geometrische Mittel aus normalisierten Verhältniswerten, die für die Einzel-Benchmarks ermittelt wurden. Das geometrische Mittel führt gegenüber dem arithmetischen Mittel dazu, dass bei unterschiedlich hohen Einzelergebnissen eine Gewichtung zugunsten der niedrigeren Einzelergebnisse erfolgt. Normalisiert heißt, dass gemessen wird, wie schnell das Testsystem verglichen mit einem Referenzsystem ist. Der Wert 1 wurde für die SPECint_base2006-, SPECint_rate_base2006, SPECfp_base2006 und SPECfp_rate_base2006- Ergebnisse des Referenzsystems festgelegt. So bedeutet beispielsweise ein SPECint_base2006-Wert von 2, dass das Messsystem diesen Benchmark etwa doppelt so schnell wie das Referenzsystem bewältigt hat. Ein SPECfp_rate_base2006-Wert von 4 bedeutet, dass das Messsystem diesen Benchmark etwa 4/[# base copies] mal so schnell wie das Referenzsystem bewältigt hat. # base copies gibt hierbei an, wie viele parallele Instanzen des Benchmarks ausgeführt worden sind. Nicht alle SPECcpu2006-Messungen werden von uns zur Veröffentlichung bei SPEC eingereicht. Daher erscheinen auch nicht alle Ergebnisse auf den Web-Seiten von SPEC. Da wir für alle Messungen die Protokolldateien archivieren, können wir jederzeit den Nachweis für die korrekte Durchführung der Messungen erbringen. SPEC, SPECint, SPECfp und das SPEC-Logo sind eingetragene Warenzeichen der Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC). Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 3 (41)

4 Benchmark-Ergebnisse Die PRIMERGY RX200 S4 wurde mit vier verschiedenen Prozessorvarianten der Xeon-Reihe vermessen: Xeon 5148 (Woodcrest, 2 Cores pro Chip, 4 MB L2-Cache pro Chip) Xeon E5205, L5240 und X5260 (Wolfdale, 2 Cores pro Chip, 6 MB L2-Cache pro Chip) Xeon L5310 und L5335 (Clovertown, 4 Cores pro Chip, 8 MB L2-Cache pro Chip) Xeon E5405, L5410, L5420, E5420, E5430, E5440 und X5260 (Harpertown, 4 Cores pro Chip, 12 MB L2-Cache pro Chip) Alle Benchmark-Programme wurden mit dem Intel C++/Fortran-Compiler 10.1 kompiliert und unter SUSE Linux Enterprise Server 10 SP1 (64-bit) ausgeführt. Prozessor Cores GHz L2-Cache FSB TDP SPECint_rate_base2006 SPECint_rate Chip 2 Chips 1 Chip 2 Chips Xeon MB pro Chip 1333 MHz 40 Watt n/a 50.9 n/a 58.2 Xeon E MB pro Chip 1067 MHz 65 Watt n/a 45.0 n/a 52.5 Xeon L MB pro Chip 1333 MHz 40 Watt n/a 64.9 n/a 76.0 Xeon X MB pro Chip 1333 MHz 80 Watt n/a 68.7 n/a 81.0 Xeon L MB pro Chip 1067 MHz 50 Watt n/a 63.9 n/a 73.3 Xeon L MB pro Chip 1333 MHz 50 Watt n/a 78.8 n/a 90.3 Xeon E MB pro Chip 1333 MHz 80 Watt Xeon L MB pro Chip 1333 MHz 50 Watt 50.8 (est.) (est.) 114 Xeon L MB pro Chip 1333 MHz 50 Watt 53.1 (est.) (est.) 119 Xeon E MB pro Chip 1333 MHz 80 Watt (est.) Xeon E MB pro Chip 1333 MHz 80 Watt n/a 102 n/a 123 (est.) Xeon E MB pro Chip 1333 MHz 80 Watt n/a 106 n/a 128 Xeon X MB pro Chip 1333 MHz 120 Watt n/a 112 n/a 137 Alle fett gedruckten Messergebnisse sind veröffentlicht bei Die SPECint_rate_2006-Ergebnisse liegen beim Woodcrest-Prozessor 14%, bei den Wolfdale-Prozessoren 17-18%, bei den Clovertown-Prozessoren 15% und bei den Harpertown-Prozessoren 17-22% über den SPECint_rate_base2006- Ergebnissen. Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 4 (41)

5 SPECfp_rate_base2006 SPECfp_rate2006 Prozessor Cores GHz L2-Cache FSB TDP 1 Chip 2 Chips 1 Chip 2 Chips Xeon MB pro Chip 1333 MHz 40 Watt n/a 40.0 n/a 43.8 Xeon E MB pro Chip 1067 MHz 65 Watt n/a 35.0 n/a 38.8 Xeon L MB pro Chip 1333 MHz 40 Watt n/a 48.1 n/a 54.1 Xeon X MB pro Chip 1333 MHz 80 Watt n/a 50.3 n/a 56.6 Xeon L MB pro Chip 1067 MHz 50 Watt n/a 43.2 n/a 46.7 Xeon L MB pro Chip 1333 MHz 50 Watt n/a 54.1 n/a 58.4 Xeon E MB pro Chip 1333 MHz 80 Watt Xeon L MB pro Chip 1333 MHz 50 Watt 34.3 (est.) (est.) 68.4 Xeon L MB pro Chip 1333 MHz 50 Watt 35.4 (est.) (est.) 70.5 Xeon E MB pro Chip 1333 MHz 80 Watt (est.) Xeon E MB pro Chip 1333 MHz 80 Watt n/a 65.9 n/a 72.4 (est.) Xeon E MB pro Chip 1333 MHz 80 Watt n/a 67.6 n/a 74.3 (est.) Xeon X MB pro Chip 1333 MHz 120 Watt n/a 70.4 n/a 78.4 Alle fett gedruckten Messergebnisse sind veröffentlicht bei Die SPECfp_rate_2006-Ergebnisse liegen beim Woodcrest-Prozessor 10%, bei den Wolfdale-Prozessoren 11-13%, bei den Clovertown-Prozessoren 8% und bei den Harpertown-Prozessoren 10-11% über den SPECfp_rate_base2006- Ergebnissen. Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 5 (41)

6 Die beiden folgenden Grafiken verdeutlichen die Leistungsunterschiede zwischen den derzeit besten Mono- und Dual- Prozessor Rack Servern der PRIMERGY Serie. Die PRIMERGY RX200 S4 übertrifft das Ergebnis des derzeit leistungsstärksten Monoprozessorsystems PRIMERGY RX100 S5 in der Integer-Testsuite um +75% bei SPECint_rate_base2006 und +84% bei SPECint_rate2006. In der Fließkomma-Testsuite beträgt das Leistungsplus +51% bei SPECfp_rate_base2006 und +54% bei SPECfp_rate2006. Vergleicht man die PRIMERGY RX200 S4 mit ihrem Vorgänger, der PRIMERGY RX200 S3, in jeweils performantester Ausstattung, so ergibt sich in der Integer-Testsuite eine Steigerung von +14% bei SPECint_rate_base2006 und +29% bei SPECint_rate2006. In der Fließkomma-Testsuite beträgt der Zuwachs +15% bei SPECfp_rate_base2006 und +23% bei SPECfp_rate2006. Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 6 (41)

7 Benchmark-Umgebung Alle SPECcpu2006-Messungen wurden auf einer PRIMERGY RX200 S4 mit folgender Hard- und Software-Ausstattung vorgenommen: Hardware Modell CPU PRIMERGY RX200 S4 Xeon 5148 Xeon E5205, L5240 und X5260 Xeon L5310 und L5335 Xeon E5405, L5410, L5420, E5420, E5430, E5440 und X5460 Anzahl CPUs 1, 2 Primary Cache 32 kb instruction + 32 kb data on chip, pro Core Xeon 5148: 4 MB (I+D) on chip, pro Chip Secondary Cache Xeon E5205, L5240, X5260: 6 MB (I+D) on chip, pro Chip Xeon L5310, L5335: 8 MB (I+D) on chip, pro Chip Xeon E5405, L5410, L5420, E5420, E5430, E5440, X5460: 12 MB (I+D) on chip, pro Chip Other Cache nein Memory 8 x 2 GB PC2-5300F DDR2-SDRAM Software Betriebssystem SUSE Linux Enterprise Server 10 SP1 (64-bit) Compiler Intel C++/Fortran Compiler 10.1 Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 7 (41)

8 SPECjbb2005 Benchmark-Beschreibung SPECjbb2005 ist ein Java Business Benchmark, dessen Fokus auf der Leistung von Java Server Plattformen liegt. Im Wesentlichen ist SPECjbb2005 ein modernisierter SPECjbb2000. Die Hauptunterschiede sind: Die Transaktionen sind komplexer geworden, um einen größeren Bereich an Funktionalität abzudecken. Der Working Set des Benchmarks ist vergrößert worden, so dass die Systemlast insgesamt gestiegen ist. SPECjbb2000 erlaubt nur eine aktive Java Virtual Machine Instanz (JVM), während SPECjbb2005 mehrere Instanzen zulässt, was eine größere Realitätsnähe insbesondere bei großen Systemen bewirkt. Softwareseitig misst SPECjbb2005 die Effizienz der Implementierungen der JVM, Just-In-Time (JIT) Compilers, Garbage Collection, Threads sowie einige Aspekte des Betriebssystems. Hardwareseitig wird die Effizienz der CPUs und Caches, des Speichersubsystems und die Skalierbarkeit von Shared Memory Systemen (SMP) gemessen. Disk- und Netzwerk- I/O spielen keine Rolle. SPECjbb2005 emuliert ein für moderne Geschäftsprozess-Applikationen typisches Three-Tier Client/Server System mit Augenmerk auf das Middle-Tier System: Clients erzeugen die Last, bestehend aus Driver Threads, die angelehnt an den TPC-C Benchmark OLTP Zugriffe auf eine Datenbank ohne Denkzeiten generieren. Das Middle-Tier System implementiert die Geschäftsprozesse und Aktualisierung der Datenbank. Die Datenbank übernimmt die Datenverwaltung und wird emuliert durch Java-Objekte, die im Memory liegen. Transaktions-Logging ist implementiert auf XML Basis. Der große Vorteil dieses Benchmarks ist, dass er alle drei Tiers beinhaltet, die gemeinsam auf einem Single-Host laufen. Gemessen wird die Performance des Middle-Tier. So werden große Hardware-Installationen vermieden und direkte Vergleiche von SPECjbb2005-Ergebnissen unterschiedlicher Systeme sind möglich. Client- und Datenbank-Emulation sind ebenfalls in Java geschrieben. SPECjbb2005 benötigt nur das Betriebssystem sowie eine Java Virtual Machine mit J2SE 5.0 Eigenschaften. Die Skalierungseinheit ist ein Warenhaus mit ca. 25 MB Java Objekten. Genau ein Java-Thread pro Warenhaus führt die Operationen auf diesen Objekten aus. Die Geschäftsoperationen sind von TPC-C übernommen: New Order Entry Payment Order Status Inquiry Delivery Stock Level Supervision Customer Report Das sind aber auch die einzigen Gemeinsamkeiten von SPECjbb2005 und TPC-C. Die Ergebnisse beider Benchmarks sind nicht vergleichbar. SPECjbb2005 besitzt 2 Performance-Metriken: bops (business operations per second) ist die Gesamtrate aller Geschäftsoperationen, die pro Sekunde durchgeführt werden. bops/jvm ist der Quotient der ersten Metrik und der Anzahl der aktiven JVM Instanzen. In Vergleichen verschiedener SPECjbb2005-Ergebnisse müssen beide Metriken angegeben werden. Grundlage für diese Metriken sind die folgenden Regeln, nach denen ein konformer Benchmark-Lauf durchgeführt werden muss: Ein konformer Benchmarklauf besteht aus einer Sequenz von Messpunkten mit wachsender Anzahl von Warenhäusern (und damit von Threads), wobei die Anzahl jeweils um ein Warenhaus erhöht wird. Gestartet wird mit einem Warenhaus bis zu 2*MaxWH, mindestens aber 8 Warenhäusern. MaxWh ist die Anzahl Warenhäuser, bei der der Benchmark die höchste Operationsrate pro Sekunde erwartet. Standardmäßig setzt der Benchmark MaxWH mit der Anzahl vom Betriebssystem erkannter CPUs gleich. Die Metrik bops ist das arithmetische Mittel aller gemessenen Operations-Raten mit MaxWh Warenhäusern bis 2*MaxWh Warenhäusern. SPEC, SPECjbb und das SPEC-Logo sind eingetragene Warenzeichen der Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC). Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 8 (41)

9 Benchmark-Ergebnisse Im Dezember 2007 wurde die PRIMERGY RX200 S4 mit zwei Xeon X5460 Prozessoren bei einem Speicherausbau mit 16 GB PC2-5300F DDR2-SDRAM vermessen. Die Messung wurde unter Windows Server 2003 Enterprise x64 Edition R2 + SP2 durchgeführt. Als JVM wurde eine Instanz von JRockit(R) 6.0 P (build P _ windows-x86_64) von BEA verwendet. Bei den Messungen flossen alle Messwerte von 2 bis 4 Warenhäusern in das Benchmark-Ergebnis ein. Vergleicht man die PRIMERGY RX200 S4 mit ihrem Vorgänger, der PRIMERGY RX200 S3, in jeweils performantester Ausstattung, so ergibt sich eine Durchsatzsteigerung von +27%. Benchmark-Umgebung Die SPECjbb2005 Messungen wurden auf einer PRIMERGY RX200 S4 mit folgender Hard- und Software-Ausstattung vorgenommen: Hardware Modell CPU Anzahl Chips Primary Cache Secondary Cache Other Cache Memory Software Betriebssystem JVM Version PRIMERGY RX200 S4 Xeon X Chips, 8 Cores, 4 Cores pro Chip 32 kb instruction + 32 kb data on chip, pro Core 12 MB (I+D) on chip, pro Chip nein 8 x 2 GB PC2-5300F DDR2-SDRAM Windows Server 2003 Enterprise x64 Edition R2 + SP2 BEA JRockit(R) 6.0 P (build P _ windows-x86_64) Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 9 (41)

10 SPECpower_ssj2008 * Benchmark-Beschreibung SPECpower_ssj2008 ist der erste Industriestandard-Benchmark von SPEC zur Beurteilung des Stromverbrauchs eines Servers im Verhältnis zu dessen Durchsatz. Mit SPECpower_ssj2008 hat SPEC in ähnlicher Weise wie auch für Durchsatzmessungen Standards auf dem Gebiet der elektrischen Leistungsmessung definiert. Der Workload des Benchmarks basiert auf typischen, serverseitigen Java Business Applikationen. Er ist skalierbar, multithreaded, auf eine große Anzahl von Plattformen portierbar und leicht auszuführen. Der Benchmark testet CPUs, Caches, die Speicherhierarchie und die Skalierbarkeit von symmetrischen Multiprozessorsystemen (SMPs), wie auch die Implementationen der Java Virtual Machine (JVM), Just In Time (JIT) Compiler, Garbage Collection, Threads und einige weitere Betriebssystemaspekte. SPECpower_ssj2008 zeichnet den Stromverbrauch von Servern bei unterschiedlichen Belastungsstufen in 10%-Schritten von 100% bis Active Idle während einer festgesetzten Zeitspanne auf. Der abgestufte Workload ist der Tatsache geschuldet, dass Auslastung und Stromverbrauch von Servern im Verlauf von Tagen oder Wochen deutlich variieren. Zur Berechnung der Power-Performance-Metrik über alle Stufen werden die gemessenen Transaktionsdurchsätze jedes Messintervalls aufsummiert und dann durch die Summe der während jedes Messintervalls durchschnittlich aufgenommenen elektrischen Leistung geteilt. Das Ergebnis ist ein "overall ssj_ops/watt" genannter Wert. Diese Kennzahl gibt Aufschluss über die Energie-Effizienz des gemessenen Servers. Der definierte Messstandard ermöglicht es einem Kunden Vergleiche anzustellen zwischen verschiedenen Konfigurationen und Servern, die mit SPECpower_ssj2008 vermessen wurden. Das nebenstehende Diagramm zeigt einen typischen Graphen eines SPECpower_ssj2008-Ergebnisses. Der Benchmark läuft auf den unterschiedlichsten Betriebssystemen und Hardware-Architekturen und stellt dabei keine besonderen Anforderungen an die Client- und Storage-Infrastruktur. Die Minimalausstattung für einen SPEC-konformen Test besteht aus zwei vernetzten Computern sowie einem Power Analyzer und einem Temperatursensor. Der eine Computer ist das System Under Test (SUT), auf dem eines der unterstützten Betriebssysteme und die JVM installiert sind. Die JVM stellt die Umgebung bereit, die für den Ablauf des in Java implementierten SPECpower_ssj2008-Workloads benötigt wird. Der zweite Computer ist das sogenannte Collect and Control System (CCS), das die Ausführung des Benchmarks kontrolliert und die elektrische Leistungsaufnahme sowie die Durchsatz- und Temperaturwerte aufnimmt und protokolliert. Das nebenstehende Diagramm gibt Ihnen einen Überblick über die Grundstruktur der Benchmark-Konfiguration mit den dazugehörigen Komponenten. * SPEC, SPECpower_ssj2008 und das SPEC-Logo sind eingetragene Warenzeichen der Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC). Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 10 (41)

11 Benchmark-Ergebnisse Im August 2008 wurde die PRIMERGY RX200 S4 mit zwei Low Voltage Intel Xeon L5430 Prozessoren bei einer Speicherbestückung mit 8 GB PC2-5300F DDR2-SDRAM vermessen. Die Messung erfolgte unter Windows Server 2003 R2 Enterprise x64 Edition mit der JVM Oracle JRockit(R) 6.0 P Als bestes Resultat wurde ein Effizienzwert von 780 overall ssj_ops/watt erreicht. Das nebenstehende Diagramm zeigt das Ergebnis der oben beschriebenen Konfiguration, gemessen auf der PRIMERGY RX200 S4. Die roten, horizontalen Balken geben für jeden auf der y-achse des Diagramms angezeigten Ziellastbereich das Verhältnis zwischen Durchsatz und Stromverbrauch in ssj_ops/watt (obere x-achse) wieder. Die mit kleinen Rauten versehene blaue Linie zeigt den Verlauf der durchschnittlichen elektrischen Leistungsaufnahme (untere x- Achse) in jedem Ziellastbereich. Das Diagramm zeigt, wie die Effizienz des Servers mit jedem Ziellastbereich in 10%- Schritten von 100% bis Active Idle abnimmt. Die schwarze, vertikale Linie gibt das Benchmark-Ergebnis der PRIMERGY RX200 S4 von 780 overall ssj_ops/watt wieder. Dieses ist der Quotient aus der Summe der Transaktionsdurchsätze aller Messintervalle und der Summe der gemessenen elektrischen Leistungen aller Messintervalle. In der folgenden Tabelle sind die Benchmark-Ergebnisse bezüglich des Durchsatzes (ssj_ops), der elektrischen Leistungsaufnahme (Average Power in Watt) und des daraus resultierenden Energie-Effizienz-Werts in den einzelnen Laststufen aufgelistet. Performance Power Energy Efficiency Target Load ssj_ops Average Power (W) ssj_ops/power 100% 301, ,290 90% 273, ,205 80% 241, ,108 70% 210, ,006 60% 182, % 151, % 121, % 91, % 61, % 29, Active Idle ssj_ops / power = 780 Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 11 (41)

12 Die Konfiguration der RX200 S4 wurde ausgewählt, um das bestmögliche Ergebnis bezüglich der Energie-Effizienz (Performance pro Watt) zu erreichen. Dabei spielten folgende Tuning-Aspekte die wesentliche Rolle: CPU-Konfiguration: Die Auswahl der Prozessoren hat sowohl Einfluss auf den Durchsatz als auch den Stromverbrauch. Bei der PRIMERGY RX200 S4 erzielen die neuen Low Voltage Intel Xeon L5430 Prozessoren mit einem Thermal Design Power (TDP) Wert von nur 50 Watt das beste Ergebnis. Zwar liefern sie wegen der niedrigsten Prozessortaktfrequenz den geringsten Durchsatz in ssj_ops, erreichen aber das höchste Benchmark- Ergebnis von 780 overall ssj_ops/watt auf Grund des niedrigen Stromverbrauchs. Speicher-Konfiguration: Der Durchsatz des SPECpower-Benchmarks auf der RX200 S4 erreicht bereits mit 8 GB Speicher seinen optimalen Wert. Ein größerer Speicherausbau verursacht also nur einen zusätzlichen Energieverbrauch. Durch Optimierung der Speicherbestückung, in dem mit 4x2 GB ein Steckplatz jedes verfügbaren Speicherkanals bestückt wurde, wird der volle Durchsatz des verfügbaren Speichers genutzt. Powermanagement-Konfiguration: Durch Einschalten der verfügbaren Power Management Funktionen des BIOS und des Betriebssystems kann ohne wesentlichen Einfluss auf den Durchsatz der Energieverbrauch deutlich gesenkt werden, um somit das Benchmark-Ergebnis zu optimieren. Storage-Konfiguration: Da der SPECpower Benchmark zur Laufzeit nur sehr wenige Plattenzugriffe zur Speicherung von Log-Dateien durchführt, kann zwar der Durchsatz durch die Plattenkonfiguration nicht beeinflusst werden, aber der Stromverbrauch. Als effizienteste Storage-Konfiguration erweist sich der integrierte SATA RAID-Controller zusammen mit einer 160 GB 3.5 SATA Festplatte. Redundanz: Auf redundante Komponenten, wie beispielsweise redundante Netzteile (Power Supply Unit = PSU) oder redundante Lüfter, wird bewusst verzichtet, um den Stromverbrauch zu minimieren. Die obige Konfiguration, die das beste Benchmark-Ergebnis von 780 overall ssj_ops/watt auf einer RX200 S4 erzielt, verbraucht gleichzeitig am wenigsten Energie. Sie ist rund 61% effizienter als die ineffizienteste gemessene Konfiguration mit der höchsten elektrischen Leistungsaufnahme, auch wenn mit den Intel Xeon L5430 Prozessoren wegen der niedrigsten Prozessortaktfrequenz nur der geringste gemessene Durchsatz in ssj_ops erreicht wird. In den nächsten Abschnitten dieses Benchmark-Reports wird näher auf die einzelnen Messergebnisse eingegangen: Vergleich verschiedener CPU- und Speicher-Konfigurationen Vergleich verschiedener Powermanagement-, Platten- und PSU-Konfigurationen Optimierung der Energie-Effizienz der RX200 S4 unter realen Lastbedingungen Diese Informationen sollen insbesondere Hinweise auf den Energieverbrauch und die Effizienz geben, die von Konfigurationen in der realen Welt der RX200 S4 Kundeninstallationen zu erwarten sind. Hinweis: Fujitsu reicht nicht alle SPECpower_ssj2008-Messergebnisse zur Veröffentlichung bei SPEC ein. Daher erscheinen nicht alle der hier vorgestellten Ergebnisse auf den Webseiten von SPEC. Da die Ergebnisse und Log-Dateien aller Messungen jedoch archiviert werden, kann die den SPECpower Run Rules entsprechende Ausführung der Messungen jederzeit belegt werden. Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 12 (41)

13 Vergleich verschiedener CPU- und Speicher-Konfigurationen Das Diagramm zum Vergleich der Intel Xeon Prozessoren (siehe unten) zeigt Ergebnisse von drei verschiedenen auf der PRIMERGY RX200 S4 gemessenen Intel Xeon CPUs. Alle anderen Konfigurationsdetails blieben während der Messungen unverändert. Der Durchsatz ist direkt abhängig von der Taktfrequenz der jeweiligen CPUs, wie aus den Balken im Diagramm ablesbar ist. Die Messung mit der leistungsstärksten Intel Xeon X5470 (3.33 GHz) CPU liefert die höchsten Durchsatzwerte, die Messung mit der Intel Xeon L5430 (2.66 GHz) CPU mit der geringsten Frequenz die niedrigsten Durchsatzwerte, jeweils gemessen in ssj_ops (linke y-achse). Die Durchsatzunterschiede zwischen den verschiedenen CPUs sind erwartungsgemäß in jedem Ziellastbereich nahezu gleich (x-achse). Die Kurven der durchschnittlichen elektrischen Leistungsaufnahme (rechte y-achse) jedoch unterscheiden sich je nach Lastbereich: Während Active Idle und in den unteren Laststufen ist der Unterschied marginal. Ursache sind die Power Management Funktionen der CPUs und des Betriebssystems, die es den CPUs ermöglichen, im Niedriglastbereich die Frequenz und die Grundspannung auf ein Niveau zu verringern, bei dem sie möglichst wenig Energie verbrauchen. In höheren Lastbereichen dagegen verringert sich der Einfluss des Power Managements. Hier spielen die Low Voltage Intel Xeon L5430 CPUs ihre Stärken aus. Wegen ihres im Vergleich zu 80 Watt beim E5450 und 120 Watt beim X5470 kleineren TDP-Werts von nur 50 Watt verbrauchen die Intel Xeon L5430 Prozessoren in höheren Lastbereichen deutlich weniger Energie. Bei 100% Last wird im Vergleich zwischen Intel XEON L5430 und Intel Xeon X5470 Prozessoren 44 Watt weniger Strom verbraucht. Diese deutlich geringere elektrische Leistungsaufnahme der Intel Xeon L5430 Prozessoren überwiegt den im Verhältnis kleineren Performance-Nachteil und macht sie bei SPECpower_ssj2008-Messungen zur besten Wahl. Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 13 (41)

14 Im folgenden Diagramm sind die Unterschiede im Energieverbrauch der einzelnen CPU-Typen nochmals verdeutlicht. Zusätzlich werden die Ergebnisse verschiedener Speicherkonfigurationen mit 8 GB, 16 GB und 24 GB abgebildet. Da 8 GB Speicherausbau bereits ausreichend sind, um den höchsten Durchsatz zu erzielen, verringert der Einsatz weiterer Speichermodule durch den zusätzlichen Energieverbrauch die Energie-Effizienz und damit das Benchmark-Ergebnis. Dieser zusätzliche Verbrauch ist über alle Laststufen nahezu konstant. Das Verdoppeln der Speichermenge von 4x2 GB auf 8x2 GB erhöht die durchschnittliche Leistungsaufnahme um 31 Watt. Bei voller Speicherbestückung mit 12x2 GB benötigt die PRIMERGY RX200 S4 im Schnitt sogar rund 64 Watt mehr als in der effizientesten Konfiguration mit 4x2 GB. Im Durchschnitt verbraucht jedes zusätzliche Speichermodul also etwa 8 Watt. Dieses gilt jedoch nur für in der RX200 S4 eingesetzte FB DIMM Speichermodule, die im Gegensatz zu Registered Modulen deutlich mehr Strom verbrauchen. Die Kapazität eines Memory Modules, z.b. 2 GB oder 4 GB DIMMs dagegen hat relativ wenig Einfluss auf den Stromverbrauch. Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 14 (41)

15 Das folgende Energie-Effizienz-Diagramm zeigt einen Überblick über die Benchmark-Ergebnisse der unterschiedlichen CPU- und Memory-Konfigurationen. Neben der Energie-Effizienz (farbige Balken) - dem Verhältnis zwischen Durchsatz und Energieverbrauch - gemessen in overall ssj_ops/watt (linke y-achse) wird der jeweilige Gesamt-Energieverbrauch (rote Linie) in Watt (rechte y-achse) angezeigt. Vergleich verschiedener Powermanagement-, Platten- und PSU-Konfigurationen Im Diagramm auf der nächsten Seite wird der Einfluss unterschiedlicher Powermanagement-, Platten-, und Netzteil Konfigurationen auf den Energieverbrauch gezeigt. Wie schon oben erwähnt, ist der Durchsatz hingegen davon unabhängig. Die gewählten Konfigurationen wurden alle mit Intel XEON X5470 und 12x2 GB Speicher vermessen. Werden während des Benchmarks alle verfügbaren Power Management Funktionen des BIOS und des Betriebssystems abgeschaltet, verbraucht die PRIMERGY RX200 S4 im Bereich von 10% bis 90% Last im Durchschnitt 17 Watt mehr. Das Hinzufügen eines redundanten Netzteils erhöht die elektrische Leistungsaufnahme in allen Lastbereichen im Durchschnitt um 30 Watt. Auch die Auswahl der Platten und Plattencontroller spielt beim Energieverbrauch eine Rolle, obwohl während des Benchmark-Laufs nur wenige Plattenzugriffe auf die Systemplatte stattfinden und so nur die Grundlast der konfigurierten Platten Einfluss ausübt. Im Vergleich 3.5 SATA Platte / Onboard Controller zu 3.5 SAS Platte / LSI Controller schneidet die SATA Konfiguration deutlich besser ab. Bei einer Platte verbraucht sie im Durchschnitt 18 Watt und bei zwei Platten sogar 31 Watt weniger als die entsprechende SAS Konfigurationen. Der reine Anteil des LSI Controllers beträgt dabei 12 Watt. Eine zusätzliche SATA Platte bedeutet 3 Watt Mehraufnahme, die zweite SAS Platte dagegen erhöht mit 16 Watt den Stromverbrauch um mehr als das Fünffache. Messungen mit und ohne eingebautem DVD-Laufwerk zeigen wie erwartet keinen messbaren Unterschied, solange dieses Laufwerk nicht in Betrieb ist. Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 15 (41)

16 Das nachfolgende Energie-Effizienz-Diagramm zeigt einen Überblick über die Benchmark-Ergebnisse der unterschiedlichen Konfigurationen. Neben der Energie-Effizienz - dem Verhältnis zwischen Durchsatz und Energieverbrauch - gemessen in overall ssj_ops/watt (linke y-achse) wird der jeweilige Gesamt-Energieverbrauch in Watt (rechte y-achse) angezeigt. Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 16 (41)

17 Optimierung der Energie-Effizienz der RX200 S4 unter realen Lastbedingungen Fällt im realen System durch eine zusätzliche System-Komponente, z.b. mehr Speicher oder zusätzliche Platten, der prozentuale Gewinn an Leistung höher aus als der prozentuale Mehrverbrauch an Strom, so wird zwar der Gesamtverbrauch an Strom erhöht, aber gleichzeitig auch die Energie-Effizienz. Eine Überdimensionierung des Systems dagegen verringert die Energie-Effizienz unnötigerweise. Die aus den Messungen gewonnenen Durchschnittswerte für den Stromverbrauch verschiedener System-Komponenten werden in den folgenden Tabellen nochmals zusammengefasst, da sie ein Indikator sein können, inwieweit durch geschickte Konfigurierung und Auswahl von Systemkomponenten die Energie-Effizienz des RX200S4 Systems in einer realen Lastumgebung gesteigert werden kann. Diese Durchschnittswerte sind nicht auf andere Systeme oder andere Systemkomponenten übertragbar. Zunächst der Vergleich des Stromverbrauchs der RX200S4 mit Intel Prozessoren XEON L5430 und Intel XEON X5470. Der zusätzliche Stromverbrauch des leistungsfähigeren X5470 Prozessors beträgt je nach Systemauslastung: Load Level 100% 80% 50% 20% Active Idle Watt Die folgende Tabelle zeigt die Änderungen im Stromverbrauch (Durchschnittswert über alle Auslastungsstufen), die sich durch Hinzufügen von Systemkomponenten bzw. Aktivierung von Steuerungsfunktionen ergeben. Additional System Component Watt 2GB PC2-5300F DDR2-SDRAM 8 Redundant Power Supply 650 W DPS-650 KB B SATA disk, 160 GB, 7.2 krpm SAS disk, 160 GB, 7.2 krpm 16 LSI controller instead of onboard controller 12 DVD (not used) 0 Power Management activated -14 Besonders die Aktivierung des Powermanagements spielt für die Erhöhung der Energie-Effizienz bei unverändertem Durchsatz in einer realen RX200 S4 Kundeninstallation eine entscheidene Rolle. Neben der Energie-Effizienz als Quotient aus Durchsatz und Stromverbrauch sind im realen Fall auch immer die absoluten Werte von Durchsatz und Stromverbrauch von Bedeutung. Für die Abschätzung des Stromverbrauchs ist insbesondere wichtig, in welchen Auslastungsbereichen das reale System betrieben wird. Die Mess-Ergebnisse des SPECpower_ssj2008 Benchmarks können hierzu Anhaltspunkte geben. Ein vereinfachtes Beispiel kann dies verdeutlichen: Soll der Stromverbrauch eines Systems insgesamt verringert werden, so kann bei einer hohen Auslastung des Systems mit Einsatz der langsameren und sparsameren Intel XEON E5450 CPU gegenüber der Intel XEON X5470 CPU dieses Ziel erreicht werden. Der Energie-Effizienz-Wert gemessen mit SPECpower_ssj2008 würde sich in diesem Fall jedoch verschlechtern! Solange die geforderte Leistung erreicht wird, ist trotzdem die Intel XEON E5450 CPU die richtige Wahl, es sei denn die Leistung der noch sparsameren Intel XEON L5430 ist auch noch ausreichend. Die Auswahl der Plattenkonfiguration dagegen ist einfacher. So verbrauchen SATA-Platten, angeschlossen an den SATA Onboard-Controller, deutlich weniger Energie als eine entsprechende SAS-Platten/LSI-Controller Konfiguration bei gleicher Kapazität, und bieten sich daher als erste Wahl an, es sei denn, die besseren Durchsatzraten und Antwortzeiten der SAS Platten werden zwingend benötigt. Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 17 (41)

18 Benchmark-Umgebung Alle hier vorgestellten SPECpower_ssj2008-Messungen wurden unter Verwendung des für SPECpower zertifizierten ZES Zimmer LMG95 Leistungsmessgerätes auf einer PRIMERGY RX200 S4 mit folgender Hard- und Software- Ausstattung vorgenommen: Hardware Model PRIMERGY RX200 S4 Processor (TDP) Intel Xeon L5430 (50 W), E5450 (80 W), X5470 (120 W) Number of chips 2 chips, 8 cores, 4 cores per chip Primary Cache 32 kb instruction + 32 kb data on chip, per core Secondary Cache 12 MB (I+D) on chip, per chip (6 MB shared / 2 cores) Other Cache none 4 x 2 GB PC2-5300F DDR2-SDRAM Memory 8 x 2 GB PC2-5300F DDR2-SDRAM 12 x 2 GB PC2-5300F DDR2-SDRAM Network Interface 1 x 1 GBit LAN Broadcom (onboard) 1 SAS Controller (LSI MegaRAID SAS 1068) Disk Subsystem 1,2 3.5 SAS disk, 160 GB, 7.2 krpm, JBOD 1 x SATA Integrated Controller 1,2 3.5 SATA disk, 160 GB, 7.2 krpm, JBOD Power Supply Unit 1, 2 x 650 W DPS-650KB B Software Operating System JVM Version JVM options Windows Server 2003 R2 Enterprise x64 Edition Oracle JRockit(R) 6.0 P (build P _o_CR371811_CR _ windows-x86_64) -Xms1700m -Xmx1700m -Xns1500m -XXaggressive -Xlargepages -Xgc:genpar -XXcallprofiling -XXgcthreads=2 -XXtlasize:min=4k,preferred=1024k -XXthroughputcompaction Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 18 (41)

19 StorageBench Benchmark-Beschreibung Um die Leistungsfähigkeit von Disk-Subsystemen zu beurteilen, wurde von Fujitsu Technology Solutions ein Benchmark mit dem Namen»StorageBench«definiert, mit dem ein Vergleich der verschiedenen Storage-Anbindungen möglich ist. StorageBench nutzt zu diesem Zweck das von der Firma Intel entwickelte Messwerkzeug Iometer mit einem definierten Satz von in der Praxis vorkommenden Lastprofilen und einem festgelegten Messszenario. Messwerkzeug Seit Ende 2001 ist Iometer ein Projekt bei und wird von einer Gruppe internationaler Entwickler auf verschiedene Plattformen portiert und weiterentwickelt. Iometer besteht aus einer grafischen Bedieneroberfläche für Windows-Systeme und dem so genannten»dynamo«, der für verschiedene Plattformen verfügbar ist. Diese beiden Komponenten können seit einigen Jahren unter»intel Open Source License«von oder heruntergeladen werden. Mit Iometer hat man die Möglichkeit, das Verhalten realer Anwendungen bezüglich der Zugriffe auf I/O-Subsysteme nachzubilden. Dazu kann man unter anderem die zu verwendenden Blockgrößen, die Art des Zugriffs wie sequentielles Lesen oder Schreiben, wahlfreies Lesen oder Schreiben und auch Mischungen davon konfigurieren. Als Ergebnis liefert Iometer eine Textdatei mit durch Komma separierten Werten (.csv) wesentlicher Kenngrößen wie z.b.»durchsatz pro Sekunde«,»Transaktionen pro Sekunde«und»durchschnittliche Antwortzeit«für das jeweilige Zugriffsmuster. Auf diese Weise kann man die Leistungsfähigkeit verschiedener Subsysteme bei bestimmten Zugriffsmustern vergleichen. Iometer ist in der Lage, sowohl auf I/O-Subsysteme mit einem Dateisystem als auch auf I/O-Subsysteme ohne Dateisystem, so genannte Raw-Devices, zuzugreifen. Mit Iometer können die Zugriffsmuster verschiedenster Anwendungen simuliert und vermessen werden, jedoch bleibt der File-Cache des Betriebssystems außer Acht und es wird blockmäßig auf einer einzelnen Testdatei operiert. Lastprofil Von erheblichem Einfluss auf die Performance eines Speichersystems ist die Art, wie Anwendungen auf den Massenspeicher zugreifen. Beispiele für verschiedene Zugriffsmuster einiger Anwendungen: Anwendung Datenbank (Datentransfer) Datenbank (Log File) Backup Restore Video Streaming File-Server Web-Server Betriebssystem File-Copy Zugriffsmuster random, 67% read, 33% write, 8 KB (SQL Server) sequentiell, 100% write, 64 KB Blöcke sequentiell, 100% read, 64 KB Blöcke sequentiell, 100% write, 64 KB Blöcke sequentiell, 100% read, Blöcke 64 KB random, 67% read, 33% write, 64 KB Blöcke random, 100% read, 64 KB Blöcke random, 40% read, 60% write, Blöcke 4 KB random, 50% read, 50% write, 64 KB Blöcke Daraus wurden vier markante Profile abgeleitet: Lastprofil Zugriff Zugriffsmuster Blockgröße Last-Tool read write Streaming sequentiell 100% 64 KB Iometer Restore sequentiell 100% 64 KB Iometer Database random 67% 33% 8 KB Iometer File-Server random 67% 33% 64 KB Iometer Alle vier Profile wurden mit Iometer generiert. Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 19 (41)

20 Messszenario Um vergleichbare Messergebnisse zu erhalten ist es wichtig, alle Messungen in identischen, reproduzierbaren Umgebungen durchzuführen. Daher liegen StorageBench neben dem oben beschriebenen Lastprofil die folgenden Regeln zugrunde: Da in realen Kundenkonfigurationen nur in Ausnahmefällen mit Raw-Devices gearbeitet wird, sind bei den Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit der internen Festplatten diese immer mit einem Dateisystem formatiert. Für Windows wird NTFS, für Linux ext3 verwendet, auch wenn mit anderen Dateisystemen oder Raw-Devices eventuell eine höhere Leistung erreicht werden könnte. Festplatten gehören zu den fehleranfälligsten Komponenten eines Computersystems. Daher werden in Serversystemen RAID-Controller eingesetzt, um dem Datenverlust durch den Ausfall von Festplatten vorzubeugen. Dabei werden mehrere Festplatten zu einem»redundant Array of Independent Disks«, kurz RAID, zusammengefasst. Dabei werden die Daten über mehrere Festplatten derart verteilt, dass auch beim Ausfall einer Festplatte alle Daten, mit Ausnahme von RAID 0, erhalten bleiben. Die gebräuchlichsten Arten um Festplatten in Verbänden zu organisieren sind die RAID-Levels RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 6, RAID 10, RAID 50 und RAID 60. Informationen zu den Grundlagen verschiedener RAID-Levels sind im Papier Performance Report - Modular RAID für PRIMERGY zu finden. Für die StorageBench-Untersuchungen der PRIMERGY Server werden die je nach Plattenanzahl und eingebautem Controller möglichen RAID-Konfigurationen verwendet. Bei Systemen mit zwei Festplatten RAID 1 und RAID 0, bei drei und mehr Festplatten zusätzlich RAID 1E und RAID 5 und ggf. weitere RAID-Levels sofern der Controller diese RAID-Levels unterstützt. Für die Messung wird immer eine Messdatei mit einer Größe von 8 GB verwendet, unabhängig von der Größe der Festplatte. Bei der Beurteilung der Leistungsfähigkeit von I/O-Subsystemen spielen bei heutigen Systemen die Prozessorleistung und der Speicherausbau des Systems keine signifikante Rolle ein eventuell vorhandener Engpass betrifft in der Regel die Festplatten und den RAID-Controller und nicht CPU oder Memory. Daher brauchen unterschiedliche Ausbauvarianten mit CPU und Speicher unter StorageBench nicht untersucht zu werden. Messergebnisse StorageBench liefert pro Lastprofil eine ganze Reihe von Kenngrößen, z.b. den»datendurchsatz«in Megabytes pro Sekunde, kurz MB/s, die»transaktionsrate«in I/O-Operationen pro Sekunde, kurz IO/s, und die»latenzzeit«oder auch»mittlere Zugriffszeit«in ms. Für die sequentiellen Lastprofile ist der Datendurchsatz die übliche Messgröße, während bei den random-lastprofilen mit ihren kleinen Blockgrößen die Messgröße»Transaktionsrate«allgemein verwendet wird. Datendurchsatz und Transaktionsrate sind direkt proportional zueinander und lassen sich nach der Formel Datendurchsatz [MB/s] Transaktionsrate [Disk-I/O s -1 ] = Transaktionsrate [Disk-I/O s -1 ] Blockgröße [MB] = Datendurchsatz [MB/s] / Blockgröße [MB] berechnen. Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 20 (41)

21 Benchmark-Ergebnisse Die PRIMERGY RX200 S4 ist mit den Controllern der»modular RAID«Familie ausgestattet. Die Vielfalt der RAID- Lösungen ermöglicht dem Anwender, den passenden Controller für sein Anwendungsszenario zu wählen. Die PRIMERGY RX200 S4 bietet folgende RAID-Lösungen an: 1. SATA RAID Onboard Controller Der Controller ist direkt auf dem Motherboard des Servers im Chip-Set Intel ESB2 implementiert und der RAID- Stack wird von der Server-CPU abgewickelt. Diese RAID-Lösung ist nur für den Anschluss von SATA- Festplatten vorgesehen. Es werden die RAID-Levels 0 und 1 unterstützt. Dieser Controller hat keinen Controller-Cache. 2. RAID-Controller LSI MegaRAID SAS 1064 Der Controller wird als PCI-Express-Karte geliefert. Die maximale Anzahl der SATA- und SAS-Festplatten, die man an den Controller anschließen kann, ist acht. Es werden die RAID-Levels 0, 1 und 1E unterstützt. Der Controller besitzt keinen Cache. 3. RAID-Controller LSI MegaRAID SAS 1078 Der Controller wird als PCI-Express-Karte geliefert und bietet dem Anwender eine komplette RAID-Lösung. Es können SATA- und SAS-Festplatten angeschlossen werden. Es werden die RAID-Levels 0, 1, 5, 6, 10, 50 und 60 unterstützt. Es werden zwei unterschiedliche Versionen dieses Controllers mit entweder 256 MB oder 512 MB Cache angeboten. Der Controller-Cache kann durch eine optionale Battery Backup Unit (BBU) gegen Stromausfälle geschützt werden. Der Controller unterstützt bis zu 240 Festplatten. An diese Controller können unterschiedliche SATA- und SAS-Festplatten angeschlossen werden. In Abhängigkeit von der benötigten Performance kann das Disk-Subsystem passend ausgewählt werden. Die PRIMERGY RX200 S4 bietet je nach Modellvariante zwei hot-plug Einschübe für 3½" SAS/SATA-Festplatten oder vier hot-plug Einschübe für 2½" SAS- Festplatten. Für die PRIMERGY RX200 S4 stehen folgende Festplatten zur Auswahl: 2½" SAS Festplatten mit einer Kapazität von 36 GB, 73 GB und 146 GB (10 krpm) 2½" SAS Festplatten mit einer Kapazität von 36 GB und 73 GB (15 krpm) 3½" SAS Festplatten mit einer Kapazität von 73 GB, 146 GB und 300 GB (10 krpm) 3½" SAS Festplatten mit einer Kapazität von 73 GB, 146 GB und 300 GB (15 krpm) 3½" SATA Festplatten mit einer Kapazität von 250 GB, 500 GB und 750 GB (7.2 krpm) SATA RAID Onboard Controller Die folgenden Abbildungen zeigen anhand von 3½" SATA-Festplatten die Abhängigkeit der Durchsätze von den Cache- Einstellungen. Dabei werden Durchsätze einer einzelnen Festplatte (Single Disk, SD) mit den Durchsätzen von zwei Festplatten im RAID 0 und RAID 1 Verband verglichen. Der Lesedurchsatz beim sequentiellen Lesen von 64 KB Blöcken ist unabhängig von den Cache-Einstellungen. Im RAID 1 werden Durchsatzwerte in etwa der gleichen Größenordnung wie in der Single Disk Konfiguration erzielt, aber beim RAID 1 profitiert man von der Datenredundanz. Beim RAID 0 hat man eine bessere Kapazitätsausnutzung und bei zwei Festplatten im RAID 0 einen fast verdoppelten Lesedurchsatz. Der Schreibdurchsatz beim sequentiellen Zugriff mit 64 KB Blöcken hängt dagegen erheblich von den Cache-Einstellungen ab. Durch das Einschalten des Disk-Cache verbessert sich der Schreibdurchsatz etwa um den Faktor 10 bei einer Single Disk Konfiguration, um den Faktor 13 beim RAID 0 und um den Faktor 7 beim RAID 1. Der erheblich höhere Schreibdurchsatz ist durch die optimierten Schreibzugriffe auf die Festplatte und kürzere Latenzzeiten erklärbar. Auch hier erreicht der RAID 0 Verband beinahe den doppelten Schreibdurchsatz durch die parallelen Zugriffe, verglichen mit den anderen beiden Konfigurationen. Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 21 (41)

22 Das Einschalten des Disk-Cache bewirkt auch beim wahlfreien Zugriff eine Durchsatzsteigerung. Allerdings ist diese Steigerung nicht mehr so markant wie es beim sequentiellen Schreiben der Fall ist. Bei einem wahlfreien Zugriff mit 64 KB Blöcken und bei einer Single Disk Konfiguration beträgt die Durchsatzsteigerung etwa 17%, beim RAID 0 etwa 24% und beim RAID 1 etwa 21%. Bei einem wahlfreien Zugriff mit 8 KB Blöcken fällt die Durchsatzsteigerung etwas höher aus als bei einem wahlfreien Zugriff mit 64 KB Blöcken und beträgt etwa 19% bei Single Disk, 42% beim RAID 0 und etwa 21% beim RAID 1. LSI MegaRAID SAS 1064 Im Folgenden wird die Leistung der verschiedenen Festplattentypen am LSI MegaRAID SAS 1064 Controller verglichen. Dieser Controller hat keinen Controller-Cache. Deshalb wurden bei den Messungen nur die Auswirkungen der Disk- Cache-Parameter untersucht und die Messungen wurden jeweils mit und ohne Disk-Cache durchgeführt. Der Cache der Festplatten hat Einfluss auf die Disk-I/O-Performance. Er wird leider häufig als Sicherheitsproblem bei Stromausfall angesehen und daher abgeschaltet. Andererseits wurde er von den Festplattenherstellern aus gutem Grund zur Steigerung der Schreib-Performance integriert. Features, wie Native Command Queuing (NCQ) funktionieren gar nur, wenn der Festplatten-Cache eingeschaltet ist. Aus Performance-Gründen ist es gerade bei den im Vergleich zu SAS-Festplatten langsam drehenden SATA-Festplatten empfehlenswert, den Disk-Cache einzuschalten. Der weitaus größere Cache für I/O-Zugriffe und damit potentielles Sicherheitsrisiko für Datenverluste bei Stromausfall sitzt ohnehin im Arbeitsspeicher und wird vom Betriebssystem verwaltet. Um Datenverlusten vorzubeugen, empfiehlt es sich, das System mit einer USV auszustatten. Im Testaufbau wurden zwei Festplatten an den Controller angeschlossen und als RAID 1 konfiguriert. Bei den Messungen wurden alle heute für die PRIMERGY RX200 S4 verfügbaren Festplattentypen untersucht. Im Folgenden werden die Durchsätze der einzelnen Festplattentypen im RAID 1 bei unterschiedlichen Zugriffsmustern verglichen. Die Grafik zeigt, dass der Durchsatz beim sequentiellen Lesen und Schreiben mit 64 KB Blockgröße mit steigender Umdrehungsgeschwindigkeit steigt. LSI MegaRAID SAS 1064 Wird beim sequentiellen Lesen bei eingeschaltetem Disk-Cache statt einer Festplatte mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 10 krpm eine Festplatte mit 15 krpm verwendet, ergibt sich bei der 2½" Festplatte eine Durchsatzsteigerung von etwa 27% und bei der 3½" Festplatte von etwa 43%. Vergleicht man die Durchsätze der 2½" und 3½" Festplatten, beide mit 10 krpm Umdrehungsgeschwindigkeit, sieht man, dass der Durchsatz bei der 3½" Festplatte um etwa 9% höher ist als bei der 2½" Festplatte. Bei der 15 krpm Umdrehungsgeschwindigkeit ist der Durchsatzunterschied zwischen der 2½" und 3½" Festplatte noch größer und beträgt 23%. Vergleicht man die 3½" SAS-Festplatte mit der 3½" SATA-Festplatte, dann ist zu erkennen, dass der Durchsatz der SAS-Festplatte mit 10 krpm bei sequentiellem Lesen und eingeschaltetem Disk-Cache etwa um 21% höher ist als bei Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 22 (41)

23 der SATA-Festplatte mit 7.2 krpm. Vergleicht man die 3½" 15 krpm SAS-Festplatte mit der SATA-Festplatte, sieht man, dass der Durchsatz der 3½" SAS-Festplatte mit 15 krpm sogar um 73% höher ist als bei der SATA-Festplatte. Wird beim sequentiellen Schreiben bei eingeschaltetem Disk-Cache statt einer Festplatte mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 10 krpm eine Festplatte mit 15 krpm verwendet, ergibt sich bei der 2½" Festplatte eine Durchsatzsteigerung von etwa 26% und bei der 3½" Festplatte von etwa 32%. Vergleicht man die Durchsätze der 2½" und 3½" Festplatten, beide mit 10 krpm Umdrehungsgeschwindigkeit, sieht man, dass der Durchsatz bei der 3½" Festplatte um etwa 4% höher ist als bei der 2½" Festplatte. Bei 15 krpm Umdrehungsgeschwindigkeit ist der Durchsatzunterschied zwischen der 2½" und 3½" Festplatte noch größer und beträgt 9%. Vergleicht man die 3½" SAS-Festplatte mit der 3½" SATA-Festplatte, dann ist zu erkennen, dass der Durchsatz der SAS-Festplatte mit 10 krpm bei sequentiellem Schreiben und eingeschaltetem Disk-Cache etwa um 18% höher ist als bei der SATA-Festplatte mit 7.2 krpm. Vergleicht man die 3½" SAS-Festplatte mit 15 krpm mit der gleichen SATA-Festplatte, sieht man, dass der Durchsatz der 3½" SAS-Festplatte mit 15 krpm sogar um 55% höher ist als bei der SATA- Festplatte. Eine besondere Durchsatzsteigerung beim sequentiellen Schreiben, bis um den Faktor 10.4, kann man bei der SATA- Festplatte durch das Einschalten des Disk-Cache erreichen. Bei den SAS-Festplatten ist die durch das Einschalten des Disk-Cache gewonnene Durchsatzsteigerung nicht so markant, wie es bei den SATA-Festplatten ist, aber immer noch signifikant. Bei den 2½" Festplatten mit 10 krpm steigt der Durchsatz um 44% und bei den 2½" Festplatten mit 15 krpm um etwa 62%. Bei den 3½" Festplatten mit 10 krpm steigt der Durchsatz um 34% und bei den 3½" Festplatten mit 15 krpm um etwa 41%. Die folgende Grafik zeigt, dass auch bei wahlfreiem Zugriff mit 67% Leseanteil der Disk-Cache eine wichtige Rolle bei der Verbesserung des Durchsatzes spielt. LSI MegaRAID SAS 1064 Bei der SATA-Festplatte mit 8 KB Blöcken wurde eine Durchsatzsteigerung bis zu 30% erreicht. Bei den 3½" 15 krpm SAS-Festplatten ist die die Durchsatzverbesserung mit 8 KB Blöcken etwas geringer und liegt bei 23%. Vergleicht man den Durchsatz der 3½" SAS-Festplatte mit der 3½" SATA-Festplatte, dann ist zu erkennen, dass der Durchsatz der SAS- Festplatte mit 10 krpm bei wahlfreiem Zugriff mit 8 KB Blöcken und eingeschaltetem Disk-Cache etwa um den Faktor 2.2 höher ist als bei der SATA-Festplatte mit 7.2 krpm. Vergleicht man den Durchsatz der 3½" SAS-Festplatte mit 15 krpm mit der 3½" SATA-Festplatte mit 7.2 krpm, sieht man, dass der Durchsatz der 3½" SAS-Festplatte bei wahlfreiem Zugriff mit 8 KB Blöcken und eingeschaltetem Disk-Cache um den Faktor 2.8 höher ist als bei der SATA-Festplatte. LSI MegaRAID SAS 1078 Der RAID-Verband definiert die Art und Weise, wie die Daten hinsichtlich der Verfügbarkeit behandelt werden. Wie schnell die Daten im jeweiligen RAID-Verband-Kontext transportiert werden, hängt nicht unwesentlich vom Datendurchsatz der Festplatten ab. Abhängig vom RAID-Level wurde die Anzahl Festplatten festgelegt, die für die Messungen in einem RAID-Verband konfiguriert wurden. Es wurden zwei bis vier Festplatten verwendet. Damit die Festplatten keinen Engpass bei der Ermittlung der Leistungsfähigkeit des Controllers unter verschiedenen Cache-Einstellungen darstellen, wurden die Messungen mit 2½" Festplatten mit einer Umdrehungszahl von 15 krpm durchgeführt. Den Durchsatz kann man durch Anpassung der Controller-Cache-Einstellungen teilweise erheblich erhöhen. Die Durchsatzsteigerungen fallen allerdings, je nach Datenstruktur und Zugriffsmuster, unterschiedlich aus. Bei den Messungen wurde die Controller-Cache-Option»Read-Mode«immer auf»no Read-ahead«gesetzt. Die Optionen»Write-Mode«,»I/O cache«und»disk cache«wurden variiert. Fujitsu Technology Solutions 2009 Seite 23 (41)