Benchmark HDD dan SSD

Benchmark Performa Konfigurasi RAID

Setiap konfigurasi RAID yang digunakan memiliki karakteristik berbeda satu satu sama lain, contoh : RAID yang memiliki performa tinggi adalah RAID 0 dengan read/write yang sangat cepat, akan tetapi RAID 0 tidak memiliki redundancy sehingga jika salah satu hard disk  atau SSD mengalami kerusakan maka seluruh data bisa dipastikan akan hilang atau rusak. Hal tersebut yang membuat RAID 0 tidak cocok digunakan pada server sebagai tempat penyimpanan data. Pada umumnya RAID 0 digunakan pada workstation yang membutuhkan performa tulis dan baca yang sangat cepat seperti saat melakukan rendering video atau gambar, meskipun begitu setelah rendering selesai data tetap akan dipindahkan ke storage external yang memiliki perlindungan data dari terhadap kerusakan   drive  atau  hard disk (menggunakan sistem RAID).

Performa RAID dilihat dari dua hal yaitu sekuensial akses dan IOPS dimana sekuensial akses adalah proses pembacaan atau penulisan secara terus menerus dan berurutan sedangkan IOPS ini lebih penulisan atau pembacaan data acak (random akses).

RAID controller memiliki dua mode pembacaan (read) dan dua mode penulisan  (write)  yaitu :

1. Writethrough adalah mode write dimana data dianggap selesai ditulis jika data telah mencapai plate masing-masing hard disk.
2. Writeback adalah mode write dimana data dianggap selesai ditulis jika data telah sampai pada cache RAID controller. Pada umumnya hanya dimiliki oleh RAID   controller enterprise.
3. Read ahead : Mode pembacaan data yang memungkinkan RAID controller   melakukan pembacaan data dari plate hard disk secara sekuensial (berurutan) terlebih dahulu, kemudian hasil pembacaan tersebut dimasukan pada  cache   controller dengan tujuan jika data tersebut dibutuhkan untuk dibaca berulang kali, maka host tidak perlu mencari data ke hard disk lagi, cukup mengakses cache  sehingga proses pembacaan data lebih cepat dan efisien.
4. Normal (no read ahead) : Mode pembacaan data pada hard disk tidak melibatkan penyimpanan data sementara pada cache (tidak melibatkan read ahead).

Benchmark yang dilakukan menggunakan perangkat server rakitan dengan spesifikasi :

• 1x CPU Intel Xeon Bronze 1304
• Mainboard Asus Z11PA-D8
• 2x 8GB DDR4 RDIMM
• 4x Seagte Nytro 480 GB SATA Enterprise SSD
• 4x 1TB SATA Seagate EXOS 7K2 rpm
• 2x 600 GB Seagate SAS 15Krpm
• PIKE II  3108 Raid controller mendukung konfigurasi JBOS, RAID 0, 1, 5, 10, 5, 6, 50, 60.

Konfigurasi hardware RAID controller PIKE II 3108 digunakan untuk melakukan benchmark SSD dan hard disk dengan mode :

1. Menggunakan policy read  dengan menggunakan mode no read ahead (mode normal).
2. Menggunakan policy write dengan menggunakan mode  write through policy.
3. Menggunakan fitur disk cache policy disable.
4. Menggunakan strip size 128 KB.

Tujuan konfigurasi RAID controller di atas adalah supaya mendapatkan data hasil  benchmark performa hard disk atau SSD tanpa ada bantuan performa dari cache  RAID controller (murni performa hard disk dan SSD). Benchmark  performa RAID dilakukan untuk mengetahui performa hard disk atau SSD dalam konfigurasi RAID dilihat dari dua parameter yaitu Throughput dan IOPS (Input/Output  Operation Per Second).

Throughput (Sustained rate)

Tabel 1 memberikan informasi tentang hasil benchmark sustained rate hard disk Seagate Exos 1TB SATA enterprise menggunakan sample size 1MB, 10MB, 100MB.

Tabel 1. Hasil benchmark sustained rate Seagate Exos 1TB 

Kesimpulan benchmark hard disk SATA Enterprise 

1. Dalam pengujian linear read/write hard disk kurang baik dalam menangani file dengan ukuran kecil sehingga performa baca dan tulis (read/write) menjadi kecil. 
2. Jika menggunakan data dalam ukuran lebih besar, hard disk akan memiliki performa lebih bagus baik dari sisi penulisan (read) maupun pembacaan (write). 
3. RAID 0 memiliki performa paling bagus. RAID 10 memiliki performa dibawah RAID 0. Gambar 1 di bawah menunjukan hasil benchmark  hard disk 1TB Seagate Exos SATA enterprise menggunakan sistem operasi Linux CentOS 7. 

   

   Gambar 1. Hasil benchmark RAID 5 dan 6 SATA ES 1TB

Tabel 2 menunjukan hasil benchmark RAID menggunakan hard disk SAS Seagate 600 GB 10 Krpm.

Tabel 2. Hasil benchmark sustained rate  Seagate  Savio SAS 600 GB 15Krpm 

Kesimpulan hasil benchmark hard disk SAS Seagate Savio 600GB 15Krpm

1. Memiliki performa sustained rate per hard disk lebih baik dibanding SATA Enterprise.
2. Memiliki performa RAID dengan sustained ratei lebih baik dibanding SATA Enterprise.

Gambar 2 di bawah menunjukan gambar hasil benchmark hard disk SAS Seagate Savio 600GB 15Krpm menggunakan sistem operasi CentOS 7. 

Gambar 2. Hasil benchmark hard disk SAS

Tabel 3 menunjukan hasil benchmark RAID menggunakan Seagate Nytro SATA SSD enterprise 960GB menggunakan RAID controller PIKE II 3108 menggunakan konfigurasi no read ahead, write through, serta disk cache disable sehingga performa yang diukur adalah performa murni dari perdorma SSD tanpa ada tambahan performa cache RAID controller.

Tabel 3. Hasil benchmark sustained Seagate Nytro 960GB SATA SSD enterprise 

Kesimpulan hasil benchmark  SATA SSD Enterprise :

1. Performa SSD tanpa konfigurasi RAID jauh lebih tinggi dibanding menggunakan RAID 0 menggunakan hard disk SATA maupun SAS.
2. RAID 0 SSD memiliki performa paling baik diantara RAID lainnya.
3. RAID 0 dengan dua SSD memiliki perbandingan performa antara baca baca tulis hampir sama.
4. Dari Tabel 3 di atas dapat dilihat bahwa menggunakan semakin banyak SSD pada konfigurasi RAID maka performa akan semakin baik.
5.  RAID 6 memiliki performa baca tulisnya (read/write) paling baik dibanding RAID lainnya.
6. RAID 1 memiliki performa baca tulis (read/write) paling kecil dibanding dari RAID 5, 6, dan 10.
7. Semua konfigurasi RAID pada SSD memiliki performa jauh lebih tinggi jika dibanding dengan konfigurasi RAID pada hard disk SATA maupun SAS.

IOPS (Input/Output Operation Per Second)
Sampai saat ini  IOPS tetap masih dijadikan sebagai acuan utama untuk melihat performa sebuah storage dengan mengabaikan besarnya throughput storage tersebut. Hubungan antara throughput dengan IOPS dapat dituliskan :

Throughput = Block Size * IOPS

Sehingga besarnya throughput yang didapatkan pada saat pengujian atau benchmarking tergantung besarnya IOPS sotrage dan block size yang digunakan pada sistem. Block Size berbeda dengan format size (sector size). Untuk memahami block size bahwa block size dapat dianalogikan sebagai file atau data dengan blok ukuran (size) tertentu (bisa kecil bisa besar).
IOPS umumnya digunakan sebagai acuan untuk melihat performa read/write secara acak (random) dimana semakin besar nilai IOPS maka storage atau drive dianggap memiliki performa semakin bagus dimana sebuah storage  atau drive mampu menangani data dengan blok size kecil dalam jumlah banyak sekali secara bersamaan dalam satu waktu.

Benchmark IOPS yang dilakukan menggunakan SSD dengan RAID controller mode no read ahead, write through, dan disk cache disable sehingga performa IOPS yang diukur tidak dipengaruhi oleh performa RAID controller. Strip size yang digunakan pada RAID  controller adalah sebesar 128 KB, perangkat lunak yang digunakan untuk melakukan  benchmark i adlah FIO dengan sistem operasi Linux CentOS 7.

Tabel 4 di bawah menunjukan hasik benchmark IOPS Seagate Nytro 960GB SATA SSD enterprise dalam konfigurasi RAID maunpun single (non RAID) dengan opsi block size 4k dan 8k menggunakan RAID controller PIKE II 3108 dengan konfigurasi disk cache disable, write through, dan no read a head. 

Tabel 4. Hasil benchmark IOPS Seagate Nytro 960 GB SSD enterprise 

Kesimpulan benchmark IOPS pada SSD enterprise :

1. Performa IOPS setiap SSD sangat tinggi jika dibandingkan IOPS hard disk SATA maupun SAS.
2. Secara teori jika drive memiliki IOPS tinggi maka akan memiliki throughput lebih besar jika menggunakan block size data yang digunakan besar. Semaik besar block size maka throughput akan semakin besar.
3. Performa total IOPS pada drive yang dikonfigurasi RAID tidak signifikan mengalami peningkatan performa , bahkan ada yang mengalami sedikit penurunan.
4. IOPS total performa pada drive yang dikonfigurasi memiliki performa paling baik saat menggunakan level RAID 1 dan RAID 10 (paling baik adalah RAID 10).
5. Konfigurasi RAID 5 pada SSD memiliki penurunan performa IOPS paling besar dibanding konfigurasi RAID lainnya.
6. Dari data Tabel 4 menunjukan jika menginginkan performa IOPS yang tinggi dan dalam konfigurasi RAID dapat menggunakan RAID 10 dan RAID 1. 

   

   Gambar 3. IOPS read dan write

Tabel 5 menunjukan hasil benchmark pada hard disk Seagate Exos 1TB enterprise SATA dengan konfigurasi RAID controller disk cache disable, write through, no read a head dan strip size 128 KB.

Tabel 5. Hasil benchmark Seagate Exos 1TB SATA enterprise 

Kesimpulan hasil benchmark IOPS pada SATA enterprise :

1. IOPS hard disk SATA sangat kecil jika dibanding dengan SSD. Sistem akan membutuhkan waktu lebih lama dalam menyelesaikan IO request.
2. Berdasarkan data Tabel 5, konfigurasi RAID yang dapat meningkatkan performa IOPS adalah RAID 10 dan RAID 6.
3. Untuk meningkatkan performa IOPS pada hard disk SATA dibutuhkan konfiguras RAID. Peningkatan performa IOPS SATA jauh lebih kecil dibanding dengan performa IOPS SSD. 

   

   Gambar 4. Hasil benchmark IOPS SATA HDD pada RAID 1

Tabel 6 menunjukan hasil benchmark pada hard disk Seagate SAS 600 GB 15Krpm dengan konfigurasi : RAID controller disk cache disable, write through, no read ahead, dan strip size 128KB.

Tabel 6. Hasil benchmark Seagate SAS 600 GB 15Krpm 

Kesimpulan hasil benchmark IOPS hard disk SAS :

1. IOPS hard disk SAS lebih baik dibanding SATA.
2. Dari data Tabel 6 di atas, konfigurasi RAID yang dapat meningkatkan performa IOPS adalah RAID 0 dan RAID 1.

Dari semua data benchmark di atas dapat ditarik kesimpulan :

1. Perfoma sustained rate dan IOPS paling tinggi pada saat menggunakan SSD.
2. Menggunakan konfigurasi RAID pada SSD dengan level RAID tertentu dapat meningkatkan IOPS dibanding menggunakan single drive.
3. Meskipun SSD punya segudang keunggulan dibanding menggunakan hard disk, SSD memiliki kelemahan yaitu harga masih jauh lebih mahal dibanding hard disk.

EoF