Методика тестирования накопителей образца 2021 года

Несмотря на экспансию твердотельных накопителей, «традиционные» жесткие диски остаются на первом месте по объему хранимой информации. В чем нет ничего удивительного, если посмотреть на такую потребительскую характеристику, как цена ее хранения. За последние 15 лет разрыв между «механикой» и флэш-памятью уменьшился, поскольку дешевели обе технологии, но вторая делала это быстрее — однако до паритета еще далеко. А цена это как раз тот фактор, мимо которого пройти не может никто из пользователей. Иногда на первый план выходят другие параметры, что заставляет платить — но и в этом случае все стремятся сэкономить по возможности. Потому-то в тех же телефонах сейчас в основном встречается 128 ГБ памяти (бывает больше — но достаточно редко; а вот бюджетных продуктов с 32-64 ГБ, напротив, продается очень много), а никак не целый терабайт. Покупатели бы от последнего не отказались, но платить за такое не слишком настроены — почему подобные объемы продолжают оставаться атрибутом лишь топовых моделей, где всё должно быть прекрасно.

Аналогичная проблема присуща и ноутбукам — но в чуть меньшей степени. Хотя в бюджетных моделях до сих пор нередки и 256 ГБ, а хочешь большой SSD — зачастую его проще купить отдельно и установить самостоятельно. Но делать это зачастую просто приходится — жесткие диски тут тоже не помощники. Во многие ноутбуки (особенно недорогие) установить такой накопитель можно, но уже не во все. Да и смысла немного — развитие ноутбучных винчестеров остановилось еще в 2017 году. По емкости остановившись на 2 ТБ — это уже и в твердотельном исполнении многим посильно. И большее — иногда тоже.

А вот в настольные системы или серверы обычно можно «набить» много емких «десктопных» винчестеров. Чем многие с успехом и пользуются, создавая гибридную СХД. Без SSD нормально обходиться давно уже невозможно, но не обязательно на нем держать все данные. Достаточно тех, к которым нужен быстрый доступ. Плюс программы, операционная система и т. п. А вот разная мультимедийная информация может спокойно полежать и на жестких дисках — фильм все равно откуда смотреть. Зато это стоит дешевле. И не обязательно ориентироваться на топовые модели, которые сами по себе дороги — простой «воздушный» диск на 6—8 ТБ перекрывает потребности многих пользователей. Можно купить такой SSD? Уже можно. Но стоить это будет дороже, чем жесткий диск на 18 ТБ. А жесткий диск на 6 ТБ может обойтись и не дороже приличного терабайтного SSD.

У многих до сих пор работают древние модели на 1—4 ТБ. Покупать такие уже невыгодно — но пока работают, повода менять их не возникает. Однако иногда работать перестают. Или места все-таки начинает не хватать. Что заставляет пойти в магазин — и купить что-нибудь новое. Благо это ж просто — если твердотельные накопители до сих пор некоторых пользователей ПК пугают своей новизной, то чего особенного может быть в жестком диске? Ладно еще топовые модели с гелием, подогревом и прочими веяниями времени, но ведь винчестеры на 6 ТБ эти технологии не используют, да и в прайс-листах такая емкость появилась еще в середине прошлого десятилетия. Значит такие модели продаются и сейчас. Или нет?

Бывает, что и такие. Почти такие — в те годы, все-таки модели подобной емкости обычно относились к топовым, так что на них никто не экономил. А вот сейчас это верно лишь для небольшого количества линеек, поскольку емкость считается низкой. И выбирают такую в первую очередь ради экономии — поскольку даже если «бояться» гелия, давно уже можно выбирать и 8 ТБ, да и что-то подходящее на 10 ТБ подобрать тоже уже можно. Но ведь и сами по себе жесткие диски, как уже сказано выше, в первую очередь способ сэкономить. Следовательно, бюджетные серии должны быть максимально дешевыми. И есть лишь одна современная технология, снижающая стоимость хранения данных при прочих равных — черепичная запись (SMR).

Что в ней хорошего? Возможность увеличить поперечную плотность записи за счет «убирания» промежутков между частью дорожек. При этом записывающие головки будут писать сразу ленту (совокупность нескольких дорожек), так что могут быть относительно грубыми и недорогими — но и скорость последовательной записи можно даже повысить. Казалось бы, идеальное решение — быстро и недорого. Но всё зависит от характера нагрузок, поскольку мы мгновенно лишаемся одного из ключевых преимуществ магнитных дисков: нельзя взять и в любой момент перезаписать любой произвольный сектор, не затрагивая информацию в соседних на радиусе. То есть получаем ту же проблему, что и у NAND-флэш: для изменения небольшой порции информации, следует прочитать большую, модифицировать, а только потом записывать. Учитывая же, что операции с произвольной адресацией для винчестеров и без того плохой случай (даже производительности «классических» моделей недостаточно для удовлетворения потребностей современного программного обеспечения), проблемы при использовании SMR только нарастают. Их приходится маскировать разными ухищрениями, способными помочь при небольших нагрузках — но это только усугубляет проблему при больших. Почему, собственно, SMR крайне не рекомендуется использовать в массивах с избыточностью — синхронизация массива вызывает огромное количество записей, так что такой жесткий диск может ненароком надолго «уйти в себя», не реагируя на внешние раздражители и будет отключен контроллером массива. Именно это в своё время вызвало скандал на рынке — когда производители начали в привычных сериях жестких дисков переходить продавать модели с черепичной записью, никак не информируя покупателей. Последние получили совсем другие диски, нежели привычные — и попытки работать с ними «как раньше» вызвали проблемы.

На деле же связаны они были не с самой технологией, а именно с недостаточным информированием покупателей. Технологии не бывают плохими или хорошими — просто применять их нужно правильно. Под редко обновляемую файлопомойку (а это основная задача жестких дисков в персональных компьютеров) SMR годится — благо и на цене позволяет сэкономить. Использовать такой диск в качестве основного и единственного в персональном компьютере лучше не стоит. Впрочем, как уже сказано, для многих «рабочих» сценариев и производительности CMR-моделей («классических») всё равно мало — и лучше для них использовать SSD. В последнее время это касается даже таких несерьезных на первый взгляд применений, как торренты: загрузить работой интернет-канал всего лишь на 500 Мбит/с, используя одиночный жесткий диск, невозможно. Когда каналы были медленными, а SSD — дорогими и «мелкими», никто об их использовании для торрентов даже не задумывался. Сейчас же иногда уже приходится, поскольку «обычный» винчестер просто будет тормозить процесс, а «черепичный»... Всякое возможно, а не только низкая производительность — в зависимости от используемых производителями методов маскировки особенностей технологии. Но об этом еще пару слов мы скажем ниже.

Пока же отметим, что черепичные диски мы практически не тестировали — разве что с парой ноутбучных моделей Seagate сталкивались, да и то давно. И вообще жесткие диски тестировали редко — последний раз полтора года назад. И ранее основной упор делался на топовые модели максимальной емкости — где экономить не принято. Сейчас же выпала возможность посмотреть более пристально на десктопный винчестер WD Blue емкостью 6 ТБ. Такие модели очень часто приобретают, но про них давно уже редко говорят. В результате чего столкновение с ними для покупателей может оказаться сюрпризом. Особенно если кто-нибудь решит просто заменить таким диском какой-нибудь старый винчестер на 1-2 ТБ (возможно из-за выхода последнего из строя), используя его по старинке «для всего». И такое до сих пор бывает — хотя, казалось бы, все уже давно ушли на SSD в качестве системных дисков. Но не все ушли «целиком», выбирая твердотельный накопитель старым методом лишь бы система влезла, а для остального есть HDD — понятно, что нагрузка на последний может оказаться несколько выше, чем предполагали производители, начиная внедрение SMR в бюджетный сектор. Поэтому просто посмотрим — чем это может грозить. А чем и когда может помочь кроме цены — вдруг и такое найдется.

Особенности реализации SMR в дисках WD

Но для начала еще немного теории — чтоб понятнее было дальнейшее. Какие операции не вызывают проблем в принципе? Любимые жесткими дисками последовательное чтение и запись информации. Именно строго последовательное и в один поток — многопоточные операции по логике ближе к произвольной адресации, поскольку головами двигать уже приходится. Кстати — тоже самое касается и записи больших количеств мелких файлов в обычной файловой системе: ведь при этом приходится обновлять информацию в таблице их размещения, а в журналируемых системах еще и кучу служебных данных не просто записывать, а перезаписывать. Но если, например, нам надо откуда-то скопировать файл, размером несколько десятков гигабайт, то проблем с этим точно не будет — накладные расходы относительно невелики. С последовательным чтением сложностей тоже не возникнет — в принципе.

Чтение с произвольной адресацией — тоже нормально. Не лучшее, что может случиться в жизни жесткого диска, но это верно для любого жесткого диска. А вот при записи разница между SMR и CMR кардинальная. Поскольку, повторимся, мы можем изменить любой сектор на «классике», никак не затрагивая остальную информацию — но в принципе не можем этого сделать на «черепичном» диске. Можем просто писать информацию в свободную ленту как угодно. Не можем что-то в ней изменить. Единственный способ — считать целиком, «подправить» и снова записать туда же или на другое место. Но емкость каждой ленты достаточно велика — поэтому если пытаться реализовать такой подход в ответ на простую запись произвольного сектора (а система не в курсе, что делать это нежелательно, поскольку SMR от CMR не отличает), то жди беды. То есть если такие запросы редки, то даже такое лобовое решение («прочитать-изменить-записать» ленту целиком) сработает нормально. А если это какой-нибудь торрент на «жирном» канале, то диск просто за таким количеством запросов не угонится — ему придется считывать и записывать мегабайты данных вместо каждых, допустим, четырех килобайт.

Именно эта проблема является основной — и ее нужно решать. Делают это разными методами. Seagate, например, попробовал реализовать многоуровневую технологию кэширования: в каждом SMR-диске компании есть порядка гигабайта флэш-памяти и некоторое количество дорожек с «обычными» промежутками, которые и принимают на себя операции записи с произвольной адресацией. В идеальном случае — сам диск оперирует простыми командами: прочитать сектор с таким-то адресом или записать таковой, а «последовательные» и «произвольные» существуют на более высоком уровне, так что можно и ошибиться. Запросы кончились — диск займется упаковкой данных в ленты. Всё хорошо — если медиакэш не кончится еще в процессе записи.

Ситуация чем-то похожа на многие SSD с динамическим SLC-кэшированием: которые сначала бодро и быстро записывают все свободные ячейки в однобитном режиме, а потом уже (при необходимости) начинают упаковывать данные в TLC/QLC-массив. Если же свободные ячейки кончатся раньше, чем записываемые данные, то придется одновременно и принимать новые данные, и упаковывать старые — откуда и характерный провал в скорости, как на картинке выше. Жесткому диску с медиакэшем приходится заниматься тем же самым — только он делает это еще медленнее. Немного спасает то, что SSD, подобные показанному выше, через кэш прогоняют все операции записи, а от винчестера это не требуется. Однако, напомним, даже простое последовательное копирование большого количества файлов в случае современных файловых систем требует и большого количества операций модификации служебных таблиц и журналов, которые «лежат» относительно далеко от файлов. Таким образом, и при простом копировании данных с одного диска на другой или их синхронизации в RAID-массиве операций с «произвольной» адресацией может накопиться много. В большем количестве, чем способен вместить медиакэш. Откуда и упомянутый выше «уход в себя» с прекращением реакции на внешние команды.

WD придерживается другого подхода — но тоже фактически унаследованного от SSD. В дисках компании применяется двухуровневая схема адресации с динамической трансляцией адресов логических (LBA) и физических (PBA) блоков данных. Это принципиально отличает эти винчестеры от «классики», где система адресации одноуровневая — каждому LBA соответствует один и тот же PBA всё время жизни накопителя. За единственным исключением — могут «подменяться» сбойные секторы, но появляются они не просто так, так что, если уж процесс пошел, нередко стоит сразу же прекратить эксплуатацию накопителя.

В чем плюс данной схемы? Все операции записи выполняются в первый же попавшийся свободный PBA (фактически в открытую в данный момент на запись ленту), а в таблицу трансляции записывается соответствие пары LBA—PBA. Поэтому запись всегда получается последовательной однопоточной — и это хорошо, поскольку именно такие операции «любят» жесткие диски. А если нам надо изменить блок? Тоже ничего страшного — так же записываем новые данные в свободный PBA и меняем запись в таблице трансляции. Раньше L0001 соответствовал P016D — а теперь его надо искать в PA240. А блок P016D просто помечаем как мусорный — в нем данные уже неактуальны.

Раз есть мусор, значит его надо чистить. О том мусоре, что диск создал сам, он знает. А если система удаляет какой-то файл, то желательно послать диску команду TRIM — чтобы пометить занятые им блоки как мусор. Классическим жестким дискам это не требовалось — именно потому, что любой сектор можно было переписать в любой момент не глядя. Дискам с трансляцией адресов — нужно.

Поэтому определить такие модели можно легко — и без каких-то сложных программных средств. Но некоторых такая картинка может и шокировать: вроде бы жесткий диск, а ведет себя как SSD. Но он и должен так себя вести. Повторимся: схемы работы аналогичные.

А вот так могут себя вести бенчмарки. Слева — запуск чтения на чистом диске, справа — после его прописывания тестом записи. Почему такая разница? Пока данные физически не записывались, никакого соответствия LBA—PBA просто нет. А читаем-то мы по логическим адресам — которых нет, в чём диск убеждается сразу же при обращении к транслятору! И эта скорость никак не зависит от места расположения «предполагаемых» данных, да и время доступа к ним около нуля, когда никакой физический доступ не требуется. Прописали диск последовательно? Получили такую же картинку, как и на обычном жестком диске. Прописали бы не последовательно — получили бы и чтение по произвольным адресам.

Последнее как раз и является проблемой данного подхода. В принципе, такое можно заметить и на SSD, но не в бытовых сценариях, а специально постаравшись. Время доступа при чтении у флэш-памяти низкое. И практически не зависит от того, какой блок запрашивался перед этим. Поэтому существенной разницы между произвольной и последовательной адресацией часто нет. А жесткие диски — устройства, все-таки, больше последовательные. Не в той степени, как магнитные ленты, но хаотические перемещения блока магнитных головок занимают достаточно большое время. Соседние блоки друг за другом читаются быстро, однако... Если мы одновременно ведем запись нескольких файлов по произвольным адресам, то на диске физически получится каша — данные расположатся в порядке поступления. Относящиеся к разным файлам вперемешку. А логические блоки при этом могут идти последовательно — но их последовательное (с точки зрения логических адресов) чтение приведет к чтению с произвольной (физической) адресацией. Полный аналог фрагментации — только на уровне ниже файловой системы, так что и наводить порядок куда сложнее. И даже один файл может размазать по всему диску — если мы не просто запишем его один раз и оставим в покое, а будем модифицировать.

Есть ли нормальный универсальный способ борьбы с такой фрагментацией? Теоретически диск сам будет заниматься этим в простое — и действительно занимается. Это даже во время тестирования заметно — после окончания теста на запись с произвольной адресацией можно слушать стрёкот головок еще час, а то и больше. Всегда есть чем заняться — например, те же ленты уплотнить. Если в них остался только мусор, то добавить ленту к списку свободных и использовать в дальнейшем для записи (в отличие от SSD дополнительный цикл стирания даже не требуется). Если почти только мусор, то все ценные блоки можно скопировать в другую ленту — и свести задачу к уже решенной. Даже отдельные блоки при желании и свободном времени можно подвигать. Но всё это легко для внутреннего диска, а внешние и подключают на короткое время. Потом отключают — и заниматься своими делами им уже некогда. Хотя иногда проблемы можно и исправить. Допустим, скачали мы несколько файлов тем же торрент-клиентом — и легли они вперемешку. Дальше просто копируем (не перемещаем!) их в пределах того же диска — и получаем «нормальную» последовательную запись. Либо просто на другой диск — там они будут нормальными. А вот на источнике могут остаться «дырки», которые в дальнейшем будут как-то заполняться новой информацией. В описанном примере — не останутся, но ведь мы можем переместить на другое устройство или удалить отдельный файл, оставив прочие скачанные надолго — и останется у нас фрагментированное свободное пространство. Которое уборка мусора позднее может и консолидировать — а может и нет.

Можно ли как-то ускорить и упорядочить процесс вручную? Нет. Сама идеология Drive Managed SMR заключается в том, что ни операционная система, ни прикладные программы с внутренней кухней устройства незнакомы. Они оперируют только LBA — а дальше уже не их дело. Так что, например, утилиты дефрагментации будут наводить порядок именно в плане логических адресов — что при физической фрагментации не только бесполезно, но даже и вредно. Так что есть только один способ борьбы с ней — перенести все данные на другой диск, этот полностью очистить, а данные потом записать обратно. Таким образом, мы опять вернемся на исходные позиции, что и требуется. Если, конечно, оставить за скобками вопрос, где взять этот самый «лишний» диск и время на копирование туда-обратно терабайтов информации. И не забывать о том, что при «неправильной» эксплуатации эту процедуру придется повторять регулярно. Как только пользователь начинает баловаться с торрентами, либо просто редактировать файлы непосредственно на таком диске, так сразу же фрагментация физических секторов возвращается — и снова начинает нарастать.

Радикальным образом проблему можно решить при помощи Host Managed SMR, когда и операционная система «знает», что ей подсунули, и файловые системы специальным образом оптимизированы под черепицу, так что основные модифицируемые структуры всегда будут находиться в областях с «разрешенной» произвольной записью (проще говоря в том же медиакэше), а в ленты будут попадать только неизменяемые данные и только последовательно. Но этот подход используется исключительно в специальных моделях для датацентров, поскольку как раз и требует наличия «умного» программного обеспечения, да и специальных дисковых контроллеров. Проще говоря, под него нужно переделывать всю инфраструктуру. А в быту применяется исключительно DM SMR — придуманный для того, чтобы черепичные диски могли «прикидываться» обычными. Что у них получается — но вызывает те или иные проблемы при эксплуатации. Ничего не дается бесплатно — и снижение стоимости хранения информации тоже.

В общем, подытоживая, очень многое при таком подходе зависит от нагрузок, да и вообще сценариев использования. В роли банальной файлопомойки, куда файлы (желательно большие) просто копируются штатными средствами, потом лежат и иногда удаляются подобный диск может работать годами — и никто не заметит никакого подвоха. Использовать же подобный винчестер в качестве рабочего можно. Как долго? Да сколько угодно. Но не забывая, что проблемы имеют тенденцию накапливаться. Даже SSD, где они куда менее выражены, можно «замучить» некоторыми сценариями до такого состояния, что тормоза будут видны невооруженным глазом. После чего, впрочем, можно просто снять образ, прогнать Secure Erase, восстановить информацию из образа — и продолжать работать как ни в чем не бывало. Но с дисками на несколько терабайт такое проделывать куда сложнее. Хотя и тоже реально. А понадобится такое делать или нет — зависит больше не от диска, а от того, как его будут использовать. Возможно, что до каких-то заметных проблем не доживет никогда. Особенно если не перенапрягать устройство прямой работой, а просто использовать его для хранения «холодных» данных. Или резервных копий, например.

Есть опасения, что это не ваш случай? Тогда лучше заплатить побольше. Заметно побольше — раза этак в полтора иногда. Хотя в этом классе на практике не все так уж и страшно: речь обычно идет сейчас о примерно 10 и 14-15 тысячах рублей. Платить больше жалко, но ошибиться при выборе еще обиднее. Главное, что выбор вообще есть. Причем такой, что «ошибиться» обидно и в другую сторону: за отсутствие SMR в дисках малой (относительно) емкости придется платить примерно столько же, сколько стоит один шаг до той самой емкости, а то и больше. В первом приближении: вместо «классических» 4 ТБ легко покупаются «черепичные» 6 ТБ, а «классические» 6 ТБ обходятся обычно даже дороже, чем 8 ТБ с SMR. Поэтому идея ориентироваться всегда на максимальную универсальность по-своему хорошая, но не слишком оптимальная. Поскольку, повторимся, есть масса сфер применений, в которых SMR мешать не будет вообще или почти. При этом они же еще и совпадают с наилучшими сферами применения жестких дисков вообще — для непосредственной работы всяко лучше использовать SSD, и это уже давно так. Но выбор в любом случае придется делать самостоятельно. Мы же можем просто сравнить разные диски в «идеальном» состоянии. Не забывая, что более дорогие в близком к такому состоянию находиться могут неограниченно долго, а вот у дешевых всё будет зависеть больше не от них самих, а от сценариев использования.

Участники тестирования

Seagate IronWolf ST8000VN004 8 ТБ:

Seagate IronWolf Pro ST6000NE000 6 ТБ:

WD Blue WD60EZAZ 6 ТБ:

Для пущей академичности участников можно было бы лучше подогнать друг к другу — либо по техническим характеристикам, либо по цене. Но заниматься этим в настоящее время — значит увеличивать объем и длительность работы, что уже нецелесообразно. В данном случае результаты первой модели нами были уже получены в последнем по времени обзоре жестких дисков, а второй мы постоянно используем для тестирования NAS — почему и решили заодно взглянуть на него и в таком ракурсе. Обе модели относятся к топовым «воздушкам» фактически, поскольку обходятся без SMR, так что пять пластин по 1,6 ТБ или даже четыре по 1,5 ТБ — это до сих пор почти передний край технологий. В топовых вообще дисках пластины аналогичные — просто их можно установить больше, благодаря заполненному гелием корпусу. «Воздух» в гонке емкостей проигрывает по этой причине — зато никого новизной не пугает. Пластины в обоих вращаются со скоростью 7200 об/мин — как и положено топчикам. В общем, это быстрые и дорогие модели для многодисковых NAS. Которые иногда приходится применять и в настольных компьютерах, поскольку аналогичную технически линейку BarraCuda Pro Seagate давно свернул — остались только «простые» BarraCuda на SMR-пластинах со скоростью вращения 5400 об/мин.

А WD Blue фактически являются конкурентами последнего семейства — здесь тоже SMR (но свой собственный — нюансы рассмотрены выше) на 5400 об/мин. И пластин благодаря использованию черепицы всего-то три — очень простая и недорогая конструкция. И потенциально достаточно высокая скорость в удобных сценариях. Часть из которых может быть не слишком-то «удобной» для жестких дисков в целом — типа записи с произвольной адресацией, которую модели с транслятором могут линеаризовать. Но регулярно с такими нагрузками лучше не перебарщивать, конечно. А как это всё сказывается в тестовых сценариях — сейчас и посмотрим.

Тестирование

Методика тестирования

Методика подробно описана в отдельной статье, в которой можно более подробно познакомиться с используемым программным и аппаратным обеспечением. Здесь же вкратце отметим, что мы используем тестовый стенд на базе процессора Intel Core i9-11900K и системной платы Asus ROG Maximus XIII Hero на чипсете Intel Z590, что в общем-то особого значения для жестких дисков не имеет — их (в отличие от топовых SSD) можно тестировать и на более простых компьютерах. А можно уже и не тестировать — поскольку производительность принято искать в других классах накопителей. Но иногда освежать память о том, как это работает, полезно.

Последовательные операции

Как уже было сказано в описании методики, для определения низкоуровневых характеристик жестких дисков мы по-прежнему будем продолжать использовать в первую очередь HD Tune Pro 5.75, благо тут особых поводов что-то менять нет.

Да и результаты оказываются предсказуемыми. У «восьмерки» Seagate пластины более новые и емкие, нежели у «шестерки, так что при прочих равных она немного быстрее. У WD Blue емкость пластин еще больше, но достигается это увеличением не продольной, а поперечной плотности записи — которая на скорость не влияет. А вот более низкая частота вращения — влияет понятным образом. Потому он и медленнее двух других участников — всё логично.

Симметричность операций чтения и записи — добрая традиция «классических» жестких дисков. SMR «с медиакэшем» (через который проходят многие операции записи) такой симметрией похвастаться не может. А вот SMR «с транслятором» пусть и с небольшой натяжкой, но может. Вполне возможно, что это цена небольших задержек, необходимых для обновления таблиц трансляции при связывании LBA с PBA.

Теперь посмотрим — что интересного покажет нам CrystalDiskMark 8.0.1 в однопоточном и многопоточном режиме. А показывает он то, что предвыборка у WD реализована идеально — в отличие от Seagate, где она почти не сказывается на результатах.

Что же касается записи, то вспоминаем сказанное выше — благодаря динамической трансляции адресов, запросы в многопоточном режиме можно линеаризовать, существенно уменьшив перемещения головок. Обоим же Seagate приходится писать данные «честно». Или почти честно — очередь запросов можно немного оптимизировать, да и их сами задерживать в кэше, но не более того. Поэтому и скорости совсем другие — «восьмерка» так и вовсе в многопоточном режиме работает медленнее.

Внимания заслуживает не это размер снижения производительности, как только мы переходим от чисто последовательных записи или чтения к смешанному режиму: в три-четыре раза! Многопоточный режим и возможные в данном случае оптимизации очереди команд немного улучшают картину, но радикально ее исправляет исключительно введение динамической трансляции. Однако это палка о двух концах — данные записываются для того, чтобы их потом читать. А такой метод ускорения записи приводит к появлению сложноразгребаемой «каши» на диске: когда последовательные логические блоки следуют на деле вперемешку с точки зрения физической организации. Как уже было сказано выше, подобная фрагментация со временем точно будет снижать производительность. Так что банальный факт — жестким дискам именно работа с данными противопоказана: она будет медленно выполняться либо сразу, либо потом. Но будет. И именно медленно.

Операции с произвольным доступом

Для начала подойдем к вопросу традиционно — измерим время доступа при чтении и записи при помощи HD Tune Pro 5.75.

При чтении 5400 всегда медленнее, чем 7200. При записи динамическая трансляция адресов позволяет схалявить. Всё, как и должно быть. И всё уже не слишком важно: не стоит забывать, что это миллисекунды и даже десятки миллисекунд — твердотельные накопители позволяют перейти к микросекундам, а это совсем другой порядок величин.

Итог прост — приличный SSD даже на блоках 4К демонстрирует более высокую скорость, чем та которую достигают жесткие диски при увеличении блока до 256К. Что же касается «мелкоблочки» в полном смысле слова, то ее скорость до сих пор измеряется в сотнях килобайт в секунду — и до одного мегабайта не дотянули даже в самых новых жестких дисках. То, что неоднократно говорилось — скорости бывают разными. И для рабочих нагрузок интересны вовсе не пиковые последовательные, которыми все привыкли мериться во времена жестких дисков. Спору нет — 200 МБ/с выглядит намного красивее, чем 700 КБ/с. Вот только второе — важнее.

Запись осуществляется в 3—4 раза быстрее. Но это заслуга не самой механики, а контроллера и кэш-памяти в DRAM: нам не нужно всегда дожидаться полного окончания операции. Еще лучше, когда удается произвольную логическую адресацию транслировать в последовательную физическую — сходу другой порядок величин. При небольших размерах блока — работа с 256К таким способом не ускоряется. Хотя ее судя по абсолютным результатам и ускорять не обязательно. А вот всякую служебную мелкоблочку SMR-диски WD будут эффективно оптимизировать. Главное не перебарщивать — а то получится эффективно, но не долго.

Почему мы заостряем внимание именно на таких операциях? Потому, что именно они являются определяющими при работе разного программного обеспечения, а не только в вырожденных случаях, типа копирования файлов с одного накопителя на другой (в пределах одного все становится уже не просто). И чаще всего в современных условиях речь идет не о «чистых» чтении и записи, а смеси таких запросов. Результатам которой порадовать нас нечем — в наибольшей степени они зависят от чтения, а оно медленное. Смешанная нагрузка — немногим быстрее. Трансляция адресов позволяет немного увеличить разницу, но принципиально тут ничего не меняет.

Работа с большими файлами

По результатам выше понятно, что «ловить» даже лучшим современным жестким дискам в «системных» нагрузках нечего. Впрочем, давно было понятно — ситуация не меняется десятилетиями. Просто первые 30 лет быстрых альтернатив на массовом рынке не было, так что пользовались винчестерами — и радовались, что каждое поколение становится хоть немного, но быстрее предыдущего и в таких сценариях, а потом оказалось, что можно поменять ситуацию радикально. И поменяли. При этом остаются сферы деятельности, где жесткие диски до сих пор незаменимы. В частности, обработка больших объемов данных. SSD и с ней справляются быстрее — но стоимость флэш-памяти не располагает именно к «большим» объемам. Разве что в качестве временного хранения — непосредственно при обработке. А постоянное — на более дешевых винчестерах. Иногда их приходится использовать и на рабочей стадии — поскольку на имеющийся SSD все не помещается. Но даже если да, нужно переписывать туда и обратно. Насколько быстро?

Практически повторяем результаты низкоуровневых утилит, благо сценарии очень похожи. И снижение производительности по мере заполнения носителя — тоже. Механизм тут другой, нежели у флэш-памяти — просто внутренние дорожки имеют меньшую «длину» и, следовательно, емкость, а угловая скорость вращения постоянна, так что чем ближе к центру, тем меньше читаем за один оборот. Но работает безотказно на всех жестких дисках, снижая скорость примерно вдвое.

В отличие от твердотельных накопителей, которые полную скорость развивают исключительно в таких сценариях, для «механики» они очень неудобны — уже приходится активно шевелить головками, а это все замедляет. Хотя на деле не радикально — особенно на медленных внутренних дорожках, но раза полтора точно есть.

Как уже говорилось, для «классических» жестких дисков операции чтения и записи практически симметричны. При отступлении же от чисто линейных сценариев запись осуществляться будет немного быстрее чтения — благодаря кэшированию информации всеми и динамической трансляции адресов там, где она есть. Но эти методы позволяют компенсировать лишь часть потерь от такого отступления, то есть каким бы жесткий диск не был, а работать с ним лучше всего строго в один поток. Хоть чтения, хоть записи.

«Разнонаправленные» операции плохи наличием двух потоков — а, значит, поработать механике придется, так что никаких пиковых скоростей в начале диска мы тут не видим. А вот в медленных областях этот эффект гораздо слабее выражен, поскольку сами по себе скорости ниже. При этом очень похоже, что производители не зря стараются ограничивать количество дисков в пакете — пять уже многовато (для воздуха) и требует применения более медленной механики.

Вспоминаем рассуждения выше про торренты — если классические» жесткие диски медленнее, чем каналы на 500 Мбит/с, то SMR с динамической трансляцией адресов «сломать» можно уже только гигабитным каналом, а с «пятисоткой» он еще справится. Казалось бы — вот она победа. Но только казалось — скачаем быстрее, но файл будет физически фрагментирован. Если качать по одному, а дальше разок смотреть и удалять — скорее всего, ничего страшного. Если же применять диск для активной работы с торрентами, то ничего хорошего. Не сразу — но расплата настанет обязательно.

Комплексное быстродействие

На данный момент лучшим комплексным бенчмарком для накопителей является PCMark 10 Storage, с кратким описанием которого можно познакомиться в нашем обзоре. Там же мы отметили, что не все три теста, включенных в набор, одинаково полезны — лучше всего оперировать «полным» Full System Drive, как раз включающим в себя практически все массовые сценарии: от загрузки операционной системы до банального копирования данных (внутреннего и «внешнего»). Остальные два — лишь его подмножества, причем на наш взгляд не слишком «интересные». А вот этот — полезен в том числе и точным измерением не только реальной пропускной способности при решении практических задач, но и возникающих при этом задержек. Хотя и не стоит забывать о том, что весь набор для жестких дисков, даже устанавливаемых в ПК, уже избыточен. Критичные к производительности нагрузки в основной массе сегодня «вынесены» на SSD, оставив винчестерам только хранение «холодных» данных.

И понятно почему — даже самые быстрые жесткие диски с точки зрения комплексной производительности медленнее самых медленных SSD. Поэтому лучше совмещать технологии — и брать от каждой из них лучшее. Тем более, когда речь заходит о дисках, типа нынешних WD Blue. Во-первых, к быстрым (даже в своем классе) они не относятся. Во-вторых, это часто как раз те нагрузки, которые SMR противопоказаны, так что со временем производительность рискует еще больше деградировать. Но в целом всё работает, конечно — то есть можно попробовать продолжать использовать любые жесткие диски в качестве основных и единственных носителей информации в компьютере. И SMR ничего не меняет. Просто лучше давно уже так не делать :)

Итого

Почему производителям потребовалось внедрять черепичную запись? Не от хорошей жизни — а от пробуксовки внедрения интенсивных технологий увеличения плотности записи. На локальный «подогрев» пластин планировалось перейти еще 10 лет назад, но подобные модели только-только начинают появляться. А в таких условиях пришлось развивать экстенсивные методы — увеличивать количество пластин (гелий) или поперечную плотность записи за счет сокращения промежутков между дорожками (SMR). Первое обычно используется в дорогих дисках максимальной емкости, а не на массовом рынке, поскольку только повышает стоимость хранения информации. Второе же окопалось как раз в бюджетном сегменте, поскольку эту самую стоимость хранения снижает. В ином случае покупателю не было бы смысла связываться с черепичными дисками: за равные или примерно равные деньги лучше приобрести «классику» и избавить себя даже от потенциальных сюрпризов. Но цены нужно мониторить перед покупкой ответственно — пути розничного ценообразования неисповедимы, так что всякое бывает. Удачно поймав какую-нибудь распродажу не невозможно даже купить «классику» на 8 ТБ по цене, сопоставимой с «черепичными» 6 ТБ. И, разумеется, лучше это немедленно сделать, если представится возможность. И «6 как 6» тоже неоднозначностей выбора не оставляет.

Но в нормальных условиях SMR-диски стоят заметно дешевле «обычных» с сопоставимыми характеристиками — почему и востребованы. Однако надо отдавать себе отчет, что «востребованы» они вовсе не в любых сценариях. Несмотря на все старания производителей, врожденные болячки технологии удается только замаскировать, но не исправить. С другой стороны, хуже всего им приходится, по иронии судьбы, как раз там, где жесткие диски вообще плохо справляются. То есть что для классики плохо, то для черепицы ужас. А вот что для жестких дисков по-прежнему хорошо — то для любых жестких дисков хорошо. И для SMR в частности — а они еще и дешевле (когда не дешевле — см. выше). Так что бояться таких накопителей не нужно — нужно их правильно использовать.