面對虛擬化、容器化、監控、備份等工作負載，現代企業和公司比以往任何時候都更需要大規模的多功能存儲，而性能是一切的關鍵。為此，東芝團隊在其實驗室中展開一項測試，使用東芝新一代企業級容量型 MG 系列 HDD (22TB SAS 12Gb/s 型號 MG10SFA22TE ) ，并安裝在 QSAN 旗艦產品 XN5124D 中（圖 1）。這是一款 4U/24盤位的整合式存儲設備，可以用作網絡附加存儲 (NAS) 來提供共享文件夾/文件系統，也可以作為專用存儲區域網絡 (SAN)（如 iSCSI、光纖通道）的塊存儲運行，甚至可以同時用作 NAS 和 SAN。QSAN 將其宣傳為“最新一代 XCubeNXT，利用業界領先的多功能性來處理混合工作負載。”此外，該設備高可用度且安全的多協議和跨 QSAN 平臺支持，可為高容量需求應用提供最佳的總擁有成本 (TCO)。

配置和性能比較

重點關注最大性能

在之前的 24 盤位存儲設備（如 QSAN XN8024D）的實驗室報告中，最大性能受限于網絡接口（通常為 10GbE），最高傳輸速度為 1200 MB/s。由于這個限制，我們目前還無法評估該裝置的性能極限。實驗室中的 XN5124D 型號，是第一款配備 25GbE 接口的 24 盤位存儲設備，因此我們重點評估不同 HDD 配置的最高性能。

設置

XN5124D 配備雙控制器架構，因此最適合大容量 SAS 近線 HDD。機架式，具有從網絡到 HDD 訪問的雙路徑以及雙重/冗余電源，非常適合企業級應用。為了實現大規模部署，我們安裝了東芝企業級容量型 MG 系列的當前熱門型號，22TB SAS 12Gb/s 型號 MG10SFA22TE。

每個控制器默認配備 4 個10GbE SFP+ 通道、一個 1GbE RJ45 管理端口和兩個 SFF-8644 (mini-SAS-HD) 端口，可使用外部 JBOD 擴展容量。兩個子模塊插槽支持升級不同的連接技術，例如光纖通道，或者本例中帶有兩個 SFP28 端口的 25GbE。我們通過 SFP28 直連銅纜將每個控制器單元的一個端口連接到應用程序服務器（圖 2）。

僅供參考：我們測試的型號版本為 XN5124D-044C20，控制器固件為 4.0.2。

HDD配置

為了進行性能評估，我們創建了一個包含 24 個 HDD 磁盤組的池 (Pool) ，這些磁盤組采用不同的 RAID 級別配置（表 1）。

表 1：RAID 設置和存儲效率

RAID6 of 24 HDDs：一個具有雙重奇偶校驗 (Double Parity) 的 RAID 配置。擁有 22 個 HDD 的凈容量，并且由于雙重奇偶校驗而具有較高的數據保護級別。如果一個驅動器發生故障，數據仍然受到第二個奇偶校驗的保護。Pool效率為 92%（24 個 HDD 中有 22 個承載用戶數據），或者說 528TB 總安裝容量中有 484TB 可用容量。

RAID60 of 24 HDDs, 具有不同數量子陣列 (2/4/6)：RAID60（相當于多個 RAID6 組條帶化結合在一起）允許更快速地并行訪問磁盤。但每個子陣列都需要兩個奇偶校驗單元，Pool效率降低——陣列越多，效率越低。

RAID10 of 24 HDDs：該配置由 12 個子陣列組成，每個陣列在兩個磁盤上有鏡像數據。這種配置在寫入方面相當高效，尤其是隨機寫入，因為不需要計算奇偶校驗信息——數據只是簡單鏡像而已。也因此，效率下降到 50%，這對于所有基于鏡像的配置來說都是典型現象，并且與 RAID6x 類型的數據保護相比，RAID10 并不是嚴格的雙重保護。如果一個鏡像發生故障，數據僅存在于剩余的一個未受保護的鏡像磁盤上。

在具有上述 RAID 級別的Pool中，我們安裝了一些卷，其中一個 50TB 的卷始終作為 LUN 連接到 iSCSI 主機組（圖 3）。此 iSCSI LUN 連接到到一個應用服務器，作為一個 Windows 物理盤。我們使用“fio”基準測試評估該物理盤的性能、同時也測量了HDD的 溫度和功耗。

所有測量都是在block volume狀態在線（即完全初始化）的情況下完成的，對于奇偶校驗 RAID 級別（例如 RAID6 和 RAID60），10TB volume容量大約需要兩個小時。

設置如下（表 2）：

表 2：Pool/Volume設置

圖 3：QSAN 的 QSM GUI 中的Pool/Volume配置

表 3：性能測量結果

順序讀取性能約為 2700 MB/s，與應用服務器的 25GbE iSCSI 連接速度相匹配，因此速度由網絡決定，而不是由 RAID 級別決定。無論 RAID 級別如何，順序寫入速度都在 1500 MB/s 左右。這表明，由于 RAID6 級別具有較高的存儲效率，實際上是順序訪問（存檔、流媒體、視頻）為主的工作負載的最佳解決方案。任何并行性更高的磁盤訪問配置（如 RAID60 或 RAID10）都不會帶來更高的性能，而只會減少可用的存儲容量。

即使對于隨機讀取（對于 AI/視頻分析類型的應用程序很重要），RAID6 表現出最高的 IOPS 性能，因為在這種配置下，數據分布在最多數量的有效磁盤上（24 個中的 22 個）。

對于以隨機寫入為主的工作負載（例如，活躍目錄/數據庫和電子郵件服務/虛擬化），具有更多子陣列的 RAID60 并行結構可提供更高的性能。對于 RAID10 也是如此，沒有奇偶校驗操作，只是簡單的數據鏡像，性能甚至能高達 8k IOPS。因此，如果 HDD 大容量存儲的寫入性能至關重要，則 RAID10 是最佳配置。

雖然 RAID10 的存儲效率較低，但其保護級別不如 RAID6 和 RAID60 高 - 因為發生錯誤的兩個故障HDD如果位于同一個鏡像，那么就會導致數據丟失，而在 RAID6/60 中，即使任意兩個驅動器發生故障，也不會導致丟失數據。

此外，對于上述隨機類型工作負載，SSD 緩存有機會提供顯著的性能優勢。但由于提升的程度高度取決于工作負載的實際情況，因此這個選項不在本實驗室評估的范圍內。

功率和溫度測量

表 4：功耗測量

該型號配備了東芝 MG10SFA22TE類型的高容量 HDD，為降低 IT 和數據中心存儲功耗做出了重要且重大的貢獻，測得的最高功耗值不到 500W，對于高達半 PB 的凈存儲，平均功耗為 400W，包含高速網絡接口，整體工作功耗不到 1kW/PB，這是一個非常優秀的數值。

東芝 MG 系列 HDD 的內部溫度最高可至 60°C，可見 42°C 的最高溫度遠遠沒有達到極限值。但長期可靠性在平均溫度或恒定溫度超過 42°C 時往往會下降。因此，為了獲得盡可能高的長期可靠性，保持環境溫度在 24°C，以確保在較長時間內 HDD 溫度不會超過 42°C 。

測量腳本

使用 fio 進行測量。列出指令以供參考：

結論

經測試的 QSAN XN5124D 整合式存儲系統提供大容量、高性能、高度可用和可靠的企業級數據存儲，完全可以滿足開篇描述的工作負載（例如虛擬化、容器化、監控和備份）的嚴苛容量和性能需求。

使用 24 塊東芝 22TB 企業級 SAS HDD，原始容量為 528TB，根據配置不同，凈容量從 264TB (RAID10) 到 484TB (RAID6) 不等。

即使沒有任何 SSD 緩存，接近 3GB/s 的順序讀取和高達 1.5GB/s 的順序寫入性能也是非常出色的數據，與 25GbE 網絡連接的理論極限值相符。建議采用 RAID6 配置，因為它兼具高順序性能和雙重奇偶校驗保護，并實現了高達 92% 的存儲效率。隨機讀取性能約為 3000 IOPS，寫入性能峰值高達 8000 IOPS（在 RAID10 配置下）。

滿載下的最大功耗不超過 400W（每 TB 凈容量功耗不到 1W，包括擴展卡、控制卡、25GbE SFP+ 和 RJ 網絡接口——非常出色的能效值！）。

適當且高效的散熱確保 HDD 溫度保持相對較低，溫差較小，這有助于延長旋轉式磁盤的使用壽命并降低故障率。而且所有這些優異性能都是在確保高水平的數據保護和低擁有成本的前提下實現的，這對于企業級應用來說也是一個重要的考量因素。

致謝合作伙伴

我們要感謝我們的合作伙伴 QSAN 提供 XN5124D 測試機，也感謝他們在設置和性能測試方面給予的大力協助和合作。此次合作是價值鏈合作的優秀范例，為 QSAN 和東芝客戶提供了如何設計經過驗證的存儲解決方案的寶貴指導。