Tag Archives: SSD

Laptop – SSD mit dm-crypt/Luks -Verschlüsselung und Opensuse Leap 15 – IV – Disk-Layout

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In den letzten Beiträgen dieser Serie

Laptop – SSD mit dm-crypt/Luks -Verschlüsselung und Opensuse Leap 15 – I – Vorüberlegungen
Laptop – SSD mit dm-crypt/Luks -Verschlüsselung und Opensuse Leap 15 – II – Vorüberlegungen zur Virtualisierung
Laptop – SSD mit dm-crypt/Luks -Verschlüsselung und Opensuse Leap 15 – III – Zugriffs-Layer

haben wir etliche Vorüberlegungen zur Voll-Verschlüsselung eines Linux-Laptops mit SSD unter Opensuse Leap 15 angestellt. Für die anstehenden Tests muss ich noch planen, welche Partitionen das Layout meine (noch jungfräuliche) SSD prägen sollen. Ich kann hier natürlich nur einen Vorschlag vorstellen, der u.a. durch Platz für virtualisierte Gastsysteme geprägt ist und den Test von “LUKS on LVM”, “LVM und LUKS” sowie Hibernation ermöglichen soll. Bei mir persönlich gibt es zudem eine Präferenz für “LUKS on LVM”.

Das root-Filesystem bezeichne ich nachfolgend mit “/”-FS.

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Linux SSD partition alignment – problems with external USB-to-SATA controllers – II

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In my last article
Linux SSD partition alignment – problems with external USB-to-SATA controllers – I
I wrote about different partition alignments parted and YaST’s Partitioner (Opensuse) applied when one and the same SSD (a Samsung 850 Pro) was attached

  • to external USB-to-SATA controllers and the USB bus of a Linux system (1 MiB-alignment: start sectors as multiples of 2048 logical 512 byte blocks)
  • or directly to an internal SATA-III-controller of a Linux system (alignment to multiples of 65535 logical 512 byte blocks).

We saw that different controllers led to the detection of different disk topology parameters (I/O limits) by the Linux system via the libblkid library. For one and the same SSD different values were reported by different controllers e.g. for the following parameters (I/O Limits data) :

physical_block_size,    minimum_io_size,    optimal_io_size

We saw in addition that even different Linux disk tools may report different values; e.g. fdisk showed a different value [512 byte] for the “optimal_io_size” for the SSD on the SATA bus than e.g. lsblk and parted [0].

Guided by a Red Hat article https://people.redhat.com/msnitzer/docs/io-limits.txt we came to the conclusion that at least parted and YaST’s Partitioner use heuristic rules for its alignment decisions. The rules take into account the values for disk “I/O Limits” parameters. They are consistent with a default of “optimal” for the alignment parameter of parted and provide a decision when “the value for “optimal_io_size” is found to be zero. By applying these rules we could explain why we got different partition offsets and alignments for one and the same disk when it was attached to different controllers.

But this insight left us in an uncomfortable situation:

  1. Should we cling to the chosen settings when we use the SSD on external controllers, only? Can we partition SSDs on an external USB-to-SATA controller and move them later directly to a SATA-bus without adjusting partition borders? We saw that “parted” would complain about misalignment when SSD partitions were prepared on a different controller.
  2. As many people discuss the importance of partition alignment for SSD performance – will we see a noticeable drop in performance when we read/write to “misaligned” partitions?
  3. We saw that at least a JMicron controller indicated a bundling of 8 logical 512 byte blocks into a 4096 byte (fake?) “physical block”. Another question might therefore be what happens after an installation and something is written by Grub to the first sector of a disk with GPT layout – and maybe assuming some wrong disk topology? This is not so far fetched as one may think; see the third link at the bottom for a disaster with an MBR.

I cannot answer all these questions in general. But in this article I will at least look a bit into performance issues and answer the last question for my test situation.

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Linux SSD partition alignment – problems with external USB-to-SATA controllers – I

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When you try to find a solution for one problem suddenly another problem appears – and you find yourself confronted with something you never worried about before. For my article series on full laptop encryption with Opensuse Leap 15 I wanted to prepare a new SSD on my Linux desktop. This SSD should later on become the main disk of the laptop. I used an external disk box with an USB-to-SATA-controller from JMicron to attach the disk to the USB-3 bus of my desktop system. And stumbled across a really strange partitioning scheme YaST’s “partitioner” set up on my SSD during installation.

For a SSD you normally expect Linux to choose a so called “1 MiB-alignment“. Among other things this alignment leads to a minimum offset of the first partition of 2048 logical sectors/blocks with 512 byte. The math is 2048 * 512 = 1024 * 1024 = 1 (MiB) = 256 * 4096. This sector start address is well suited for so called AF disks with native 4k support, but also for disks with conventional 512 byte physical blocks. Note that 1024 * 1024 can be divided by both 512 and 4096 without remainder.

From previous experience with SSDs attached to SATA-III controllers on a Linux system I would have said: Any partition on a SSD shows a logical start block number which is a multiple of 2048 on a Linux system. And I would have bet that this were true for the size of a partition number expressed in block numbers, too. I had never questioned this before … In addition there are many articles on the Internet that tell users not to worry about alignment because all Linux tools today handle alignment correctly.

However, in my test situation I got something very different – and consequently some (!) Linux partitioning tools on the laptop later complained about misalignment. This worried me. Googling lead me to the following unanswered question at
https://superuser.com/questions/1291467/trouble-figuring-out-optimal-alignment-of-multiple-partitions-on-a-931-5-gib-ext,
which describes more or less my problem.

I have tried to figure out what was/is behind these “misalignment” problem – and the result shocked me a bit. It triggers questions about manufacturers of disk controllers and the way Linux handles disk property information. In addition I had a brief look at performance for an aligned and an unaligned partition. The results again puzzled me. I find it difficult to get a consistent picture out of my findings for partition alignment on SSDs at different controllers. Write me a mail if you know better …

Anyway, I hope this article, which digs into areas of Linux which are a bit offside standard usage, finds the interest of some other Linux fans, too ….

I shall use the words “blocks” (OS perspective) and “sectors” (atomic disk unit) on the level of partitioning interchangeably – which is not quite correct semantically. But you find this mix of wording also in disk tools :-).

The problem

I used an external box for my SSD which contained a JMicron USB-to-SATA controller. When my SSD – a Samsung 850 Pro – was attached to my Linux desktop via an external USB interface, the physical sector size was reported to be 4096 bytes by lsblk, by parted and fdisk. This stood a bit in contrast to other reports for this SSD type on the Internet; but SSD technology changes so often; I did not make me suspicious. I added a BIOS boot partition and several other partitions to the disk first with YaST’s Partitioner. The start sector of the first partition was chosen by YaST to be 65535.

mytux:~ # fdisk -l /dev/sdh 
Disk /dev/sdh: 477 GiB, 512110190592 bytes, 1000215216 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 4096 bytes
I/O 
size (minimum/optimal): 4096 bytes / 33553920 bytes
Disklabel type: gpt
Disk identifier: ....

Device         Start       End   Sectors  Size Type
/dev/sdh1      65535    131069     65535   32M BIOS boot
/dev/sdh2     131070   1376234   1245165  608M EFI System
/dev/sdh3    1376235  37027274  35651040  17GM Linux swap
...

OK, I had noticed before that some present partitioning tools choose a 32 MiB offset for the first partition these days. However, the number 65535 is NOT a multiple of 2048 and thus gives 31,99951171875 MiB. An offset of 65536 logical blocks would, however, fit exactly to 32 MiB.
Also all other partitions on the external SSD were “aligned” (?) to start sector numbers which were multiples of 65535.
Addendum 05.12.2018: I retested this with the tool parted – without defining a special alignment type, i.e. using defaults. Same result.

65535 is compatible with a physical block size of 512 bytes, but NOT 4096 bytes. Interestingly, 65535 also fits an erase block size of 1536 MiB, which a lot of people assume to be used by Samsung for its SSDs. Wherever these people got this information from … see e.g. https://www.phoronix.com/forums/forum/hardware/general-hardware/1030306-samsung-970-evo-nvme-ssd-benchmarks-on-ubuntu-linux.

But: I checked against partition boundaries on another Linux system with the same type of SSD directly attached to the internal (Intel) SATA controller. There the alignment fitted exactly the theory of boundaries as multiples of 1 MiB (=> multiples of 2048 logical blocks as start sector numbers). I also checked for systems with other internal SSDs. 1 MiB alignment …

Then I built the disk into my laptop and attached it directly to the SATA interface there – and got a plain “1 MiB”-alignment (both for YaST’s Partitioner and parted with defaults).

mylux:~ # fdisk -l /dev/sda 
Disk /dev/sda: 477 GiB, 512110190592 bytes, 1000215216 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: gpt
Disk identifier: ....

Device         Start       End   Sectors  Size Type
/dev/sda1      2048      67583     65536   32M BIOS boot
...

If one had added more partitions the pattern would have repeated itself: With the SSD on the SATA controller the start sector numbers became multiples of 2048; on the external JMicron USB-to-Sata-controller bus the start sector numbers became multiples of 65535.

Where did this discrepancy come from?

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Laptop – SSD mit dm-crypt/Luks – Verschlüsselung und Opensuse Leap 15 – I – Vorüberlegungen

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Eine Verschlüsselung von Daten auf Laptops ist in Zeiten der DSGVO Pflicht, da Laptops verloren gehen oder gestohlen werden können. Mein in die Jahre gekommener Laptop benötigt eh’ eine neue SSD. Zudem muss ich auf Opensuse Leap 15 wechseln. Gute Anlässe, einmal die Verschlüsselung von Betriebssystem- und Daten-Partitionen unter Opensuse Leap 15 zu testen.

Die meisten Linux-Profis setzen die Kombination “dm-crypt/LUKS” zur Verschlüsselung von Partitionen oder Volumes ein. Dabei spielen verschiedene Parameter eine Rolle, für die unter Opensuse normalerweise der YaST-basierte Partitioner Default-Werte vorgibt.
Ich nahm mir allerdings die Freiheit, die LUKS-Partitionen selbst mit eigener Parameter-Setzung vorzubereiten. Danach wurde das ganze Unternehmen unerwartet abenteuerlich und es taten sich etliche Falltüren auf. Es gab u.a. Probleme mit dem SuSE-Installer; nicht mehr bootfähige Systeme, nicht funktionales Kryptographie-Setup, Dracut-Probleme sind nur einige Stichworte. Man glaubt, man hat eine Lösung und schon zieht ein Neuinstallieren des Bootloaders über YaST alles wieder in den Abgrund.

Ich denke, das Thema “Voll-Verschlüsselung eines Linux-Laptops” ist einige Blog-Posts wert … Viele der angestellten Überlegungen und Vorgehensweisen können auch auf Desktops oder einfache Server übertragen werden.

Der ganze Themenkreis erfordert neben praktischen Installations- und Konfigurations-Schritten einige “theoretische” Vorüberlegungen. Verschlüsselung allein bietet keine hinreichende Sicherheit … man muss u.a. auch an Konsequenzen für den praktischen Betrieb des Systems denken – besonders im falle von Laptops. Zudem kann man sehr verschiedene Wege bzgl. des System-Layouts einschlagen. Einige wichtige unter vielen Variationsmöglichkeiten ergeben sich etwa aus der Beantwortung folgender fragen:

  • Vollverschlüsselung unter Einschluss des root-Filesystems oder Einsatz von Daten-Containern?
  • Vollverschlüsselung des Hosts oder nur darunter virtualisierter Systeme?
  • LVM on LUKS oder LUKS on LVM?

Die entsprechende System-Konfiguration erfordert meist Entscheidungen im Vorfeld der praktischen Installation. Ich beginne die Artikelserie deshalb it einer Reihe grundsätzlicher Überlegungen, die praktische Auswirkungen auf die Sicherheit der Daten haben.

Um eine ständige Unterscheidung zwischen LVM-Volumes und Partitionen zu vermeiden, spreche ich nachfolgend generell von “Volumes“. An den Stellen, wo die Unterscheidung wichtig wird, werde ich sie explizit treffen. “Betriebssystem” kürze ich im Weiteren mit OS ab. Das root-Filesystem kürze ich mit “/”-FS ab.

Ich setze ein grundlegendes Verständnis der Arbeitsweise von LUKS voraus. Für Grundlagen können Interessierte einen Blick in frühere Blog-Posts werfen; dort sind auch Links zu weiterführender Literatur im Internet angegeben:
dm-crypt/Luks – Begriffe, Funktionsweise und die Rolle des Hash-Verfahrens – I
dm-crypt/Luks – Begriffe, Funktionsweise und die Rolle des Hash-Verfahrens – II

Unterscheidung Vollverschlüsselung – Teilverschlüsselung

Wir unterscheiden im Folgenden zwischen Voll- und Teil-Verschlüsselung. Unter einer Voll-Verschlüsselung verstehe ich einen Ansatz, in dem

  • sowohl das Volume für das OS, mit dem auf die zu schützenden Daten zugegriffen wird,
  • als auch separate Volumes zur Lagerung der zu schützenden Daten,
  • als
    auch Swap-Volumes

verschlüsselt werden. Bei Abweichungen spreche ich von Teil-Verschlüsselung.

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SSD Raid Arrays unter Linux – III – SW- Raid vs. Intel-iRST-Raid – Performance?

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In den ersten beiden Beiträgen zu SSD-Raid-Arrays unter Linux

SSD Raid Arrays unter Linux – I – ein facettenreiches Thema
SSD Raid Arrays unter Linux – II – Hardwarecontroller ?

hatte ich angekündigt, die Frage zu beantworten, ob sich auf einem Linux-System der Einsatz des Intel-Z170-SATA3-Controllers als iRST-Controller im Gegensatz zur Erstellung eines nativen Linux-SW-Raids lohnen würde.

iRST bedeutet Intel Rapid Storage Technologie; sie erlaubt eine Bündelung von Platten, die an den Z170-Onboard-Controller angeschlossen sind, zu einem Raid-Verbund (Raid 0, 1, 10, 5, 6) – und zwar erfolgt die Konfiguration dabei über BIOS-Funktionalitäten.

Einen iRST-fähigen Raid-Controller findet man im Moment auf vielen aktuellen Consumer-Mainboards mit Intel-Chipsätzen vor. Ein Beispiel liefert das von mir auf einem Testssystem eingesetzte Board “ASRock Z170 Extreme 7”.

Die vorweggenommene Antwort auf die Eingangsfrage ist aus meiner Sicht: Nein – zumindest nicht aus Performancegründen.

Das gilt, obwohl einfache Performance-Tests für RAID 10-Arrays zunächst das Gegenteil anzudeuten schienen.

Grundsätzliche Anmerkungen zur Intel RST Technologie

Intels Z170 SATA3 Controller im iRST-Modus entspricht einem Raid-Fake-Controller mit minimaler Intelligenz – aber guter Boot-Unterstützung. Im AHCI-Modus behandelt der SATA3-Controller die angeschlossenen SSDs über das SATA3-Interface als einzelne Platten. Der iRST-Modus lässt sich im BIOS dagegen über die Option “Array” statt AHCI aktivieren. Die Platten werden dann zu einem sog. Container-Verband (Raid) zusammengeschlossen, auf dem wiederum Volumes definiert werden können.

Konfigurationsoptionen im (UEFI-) BIOS
Der iRST-Modus zieht eine Zwischenschicht zum (UEFI-) BIOS ein. Je nach Board, BIOS und OpRom-Einstellungen ist das iRST-Setup-Menü über eine spezielle Tastenkombination (Ctrl-I) während des BIOS Self-Tests oder durch einen Menüpunkt im UEFI-Interface selbst zugänglich. Oft unter “Advanced” – nach dem man vorher unter einem Punkt “Storage” (o.ä.) die Behandlung der SSDs von “AHCI” auf “RAID” umgestellt hat.

Eigenes Containerformat “imsm”
iRST benutzt für die Datenorganisation eines Raid-Verbunds ein eigenes Container-Metaformat (das sog. “imsm”-Format; man spricht von sog. “imsm”-Containern; dei Abkürzung steht für “Intel Matrix Storage Manager”). Ein Container bindet mehrere Platten zu einer Gruppe zusammen. Bei hinreichender Plattenanzahl können auch mehrere Raid-Container angelegt werden, die sich über jeweils unterschiedliche, disjunkte Gruppen von vorhandenen Platten erstrecken. Hat man einen Raid-10-Verbund als Ziel und nur 4 Platten zur Verfügung, so ist jedoch bereits mit einem Container das Ende der Fahnenstange erreicht.

Genau zwei Volumes pro Container
Ein imsm-Raid-Container, der sich über n definierte Platten hinweg erstreckt, kann genau zwei sog. Raid-Volumes (entspricht landläufigen Raid-Arrays) enthalten.

Für das erste Volume ist die Kapazität (also die Größe in MByte) noch festlegbar; das zweite nutzt dann aber den kompletten Rest der verbliebenen Container-Kapazität. Die einmal definierten Kapazitäten sind im Nachhinein nicht dynamisch veränderbar. Das ganze Raid-System ist bei notwendigen Modifikationen neu anzulegen.

Die zwei möglichen Volumes erstrecken sich über dieselbe Anzahl an Platten; sie können aber 2 verschiedenen Raid-Levels (z.B. Raid 1 und
Raid 10) zugeordnet werden (das ist gerade das Kennzeichen der Intel Raid Matrix Technologie).

Ein Volume – also ein Raid Array – steht unter Linux (mit aktiven Raid-Modulen) dann als ein partitionierbares Block-Device zur Verfügung.

Der/die Raid-Container mit jeweils maximal 2 Raid-Volumes können bereits im (UEFI)-BIOS (über ein OpROM Optionsmenü für Storagesysteme) erstellt werden. Die Möglichkeit zur Anlage von Raid-Containern und Arrays über BIOS-Funktionen ist im Besonderen für Dual-Boot-Systeme mit Windows nützlich.

Anlage von imsm-Containern über mdadm unter Linux
Auf einem reinen Linux-System kann man Container wie Volumes im laufende Betrieb aber auch über das Raid-Administrations-Tool mdadm erstellen und verwalten – unter Angabe des imsm-Metadaten-Formats (mdadm-Option “-e imsm”). Bei Linux-Installern, die während des Install-Prozesses den Rückgriff auf Terminals erlauben, geht das auch während des Installierens.

So weit, so gut. Es ist auf den ersten Blick durchaus bequem, bereits vor einer Linux-Installation die Raid-Arrays über UEFI-BIOS-Funktionen anzulegen, um sie dann schon während der Installation als einfache Pseudo-Laufwerke vorzufinden, die man direkt formatieren kann. Unter Opensuse Leap 42.1/42.2 klappt das ohne Probleme.

Die Volumes der angelegten Container sind auf einem Dual-Boot-System auch von der Windows-Installation aus ansprechbar, formatier- und bootbar. Das ist ein echter Vorteil des iRST.

Links zu iRST
Details zu iRST – im Besonderen zur Einrichtung unter Linux mit Hilfe von mdadm – findet man hier:
http://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/white-papers/rst-linux-paper.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_Matrix_RAID
http://www.intel.de/content/www/de/de/support/boards-and-kits/000005789.html
http://www.intel.de/content/www/de/de/support/boards-and-kits/000006040.html
http://www.intel.com/content/dam/support/us/en/documents/solid-state-drives/RSTe_NVMe_for_Linux_SW_User_Guide.pdf
http://www.intel.com/content/dam/support/us/en/documents/
chipsets/rste/sb/intelr_rste_linux.pdf

Wie intelligent ist iRST wirklich? Ist ein iRST-Controller unter Linux ein Fake-Controller?

Es stellen sich die Frage:

  • Wer oder was steuert eigentlich bei einem laufenden Betriebssystem [OS] die Datenverteilung auf die Platten? Das Betriebssystem [OS] oder der iRST-Controller?

Hierzu ist Folgendes zu sagen:

Die Funktionalität der definierten Container und ihrer Arrays hängt völlig von den Treibern und den Fähigkeiten des gebooteten Betriebssystems ab. Der iRST wird unter Linux durch angepasste Komponenten/Module des “md”-Raid-Systems und administrationsseitig durch mdadm unterstützt. Ohne eine vorhandene Linux-Steuer-SW und zugehörige Kernel-Module (u.a. md_mod, raid5, raid10, etc.) bringt iRST unter Linux gar nichts.

Ein iRST-Controller ist also tatsächlich ein sog. Fake Controller:

Die Hauptarbeit wird nicht durch den Controller selbst, sondern durch das Betriebssystem und zugehörige Software (Treiber) geleistet. Es ist deshalb zwar nicht ausgeschlossen, aber zumindest unwahrscheinlich,
dass der in mdadm integrierte spezielle iRST/imsm-Treiber unter Linux besondere Performancevorteile gegenüber einem reinen, nativen SW-Raid, das man auch mit mdadm aufsetzt, bieten wird.

Raid 10 aus 4 SSDs – sequentielle I/O-Performance mit und ohne iRST

Wir betrachten nachfolgend die Performance eines mit Hilfe des Z170-iRST-Controllers erstellten Raid10-Verbands aus 4 850 EVO SSDs von Samsung. Verglichen wird das iRST-Raid-Array mit einem reinen Linux-SW-Raid-Array, das mit denselben Platten aufgesetzt wurde.

Das Betriebssystem lag in beiden Fällen auf einer separaten SSD und nicht auf einer Partition des Raid-Verbunds. (Das gibt uns im Schnitt mindestens 10% Performance-Vorteile.)

Bei der Erstellung des iRST-Raid10-Volumes habe ich mich an die Default-Chunksize gehalten, die die BIOS Funktionen angeboten werden.

Default Chunk-Size des iRST: 32 KB

Ein Hinweis für diejenigen, die die Tests konkret nachstellen wollen:

Für die SW-Raid-Konfigurationen unter Linux sollte man den Controller in den AHCI-Modus für den SSD-Zugriff versetzen! Dies ist i.d.R. über eine Option im BIOS möglich!

An dieser Stelle mag ein Blick auf Daten des Test-Tools “gnome-disks” genügen. Ich zeige hier Daten für Lese/Schreib-Zugriffe für relativ große sog. “Messwertgrößen” – was immer das genau bei diesem Test intern bedeutet. Aus bestimmten Gründen glaube ich nicht, dass es sich bei der “Messwertgröße” um die Blocksize von einzelnen Datenpaketen handelt; das verträgt sich nämlich nicht mit Daten aus anderen Tests. Aber im vorliegenden Artikel kommt es mir ja nur auf relative Verhältnisse an! Differenziertere und genauere Tests, die ich später mit dem Tool “fio” durchgeführt habe, ändern übrigens nichts am Ergebnis des hier präsentierten Vergleichs des iRST-Raids gegenüber einem Standard SW-Linux Raid.

Die untersuchten Partitionen waren (soweit nichts anderes angegeben ist) in beiden Fällen als LVM-Volumes erstellt worden.

Daten für den iRST-Controller – 20 MB “Messwertgröße”
irst_raid_ssdroot_20mb

Daten für ein reines Linux SW-Raid – 20 MB “Messwertgröße”
swraid_ssdroot_20mb

Die bereits hier erkennbare Tendenz etwas höherer Lese- und geringerer Schreibraten wird scheinbar noch deutlicher bei kleineren “Meßwertgrößen”:

Daten für den iRST-Controller – 1 MB “Messwertgröße” – nach TRIM
irst_raid_ssdroot_1mb_after_trim

Daten für den iRST-Controller – 1 MB “Messwertgröße” – Sättigung
irst_raid_ssdroot_1mb

Dagegen:
Daten für eine reines Linux SW-Raid – 1 MB “Messwertgröße” – Sättigung
swraid_ssdroot_1mb

Zwischenergebnis:

Die obigen Daten wirken so, als ob ein reines SW-Raid unter Linux langsamer sei. Der
gemessene Unterschied in der Schreibrate von bis zu 100 MB/sec bei 1MB Daten (vermutlich mit deutlich kleinerer Blocksize geschrieben) bei einem Minimalwert von 290 MB/sec wiegt auf den ersten Blick schwer und entspricht einem relativen Unterschied von ca. 34%.

Zudem wird die theoretisch mögliche reine Datenschreibrate einer einzelnen EVO 850 SSD (zw. 300 und 490 MB/s je nach Testsetup und Größe der zu schreibenden Blöcke) durch das Raid-System bereits unterschritten.

Aber ist dieser Befund tatsächlich valide?

iRST-Performance-Vorteile ?

Bringt der iRST-NModus des Intel SATA-3-Controllers gegenüber einem reinen SW-Raid doch spürbare Vorteile? Nein, das obige Ergebnis täuscht in zweierlei Hinsicht.

Nachfolgend betrachten wir zunächst die Daten für ein besser parametriertes reines SW-Raid-System: Die Performance wird nun mit der des iRST-Arrays vergleichbar wird.

Bei den nachfolgenden Abbildungen ist ferner zu beachten, dass die Unsicherheit der Daten (u.a. durch nicht getrimmtes Filesystem, interferierende Prozesse im OS) ca. 10 – 20 MB/sec ausmachen kann. Die dargestellten Abbildungen zeigen zufällige und nicht die in Tests zeitweise erreichten maximalen Werte.

Daten für besser parametriertes reines SW-Raid – mit LVM – 20 MB “Messwertgröße”
swraid_ssd_optimiert_20mb_with_lvm

Daten für besser parametriertes reines SW-Raid-Array – ohne LVM – 20 MB “Messwertgröße”
swraid_ssd_optimiert_20mb_without_lvm

Daten für besser parametriertes reines SW-Raid-Array – mit LVM – Chunk Size: 16KB – 20 MB “Messwertgröße”
swraid_ssd_optimiert_16k_20mb_with_lvm

Für die Messgröße 1MB betrachten wir nun mal den Einfluss der sog. Chunk-Size des Arrays etwas genauer:

Daten für ein besser parametriertes reines SW-Raid-Array – ohne LVM – Chunk Size: 512KB – 1 MB “Messwertgröße”
swraid_ssd_optimiert_512k_1mb_without_lvm

Daten für ein besser parametriertes reines SW-Raid-Array – mit LVM – Chunk Size: 64KB – 1 MB “Messwertgröße”
swraid_ssd_optimiert_64k_1mb_with_lvm

Daten für besser parametriertes reines SW-Raid-Arrays – mit LVM – – Chunk Size: 32KB – 1 MB “Messwertgröße”
swraid_ssd_optimiert_32k_1mb_with_lvm
 
Die letzten Bilder deuten bereits an, dass die Chunk-Size eines Raid-Arrays gerade bei kleineren Datenblöcken offenbar einen größeren Einfluss auf die Performance – und im besonderen die Write-Performance – hat. Wir kommen hierauf in detaillierterer und systematischer Weise in einem späteren Beitrag zurück.

Der Einsatz von LVM als Zwischenschicht zwischen Partitionen und Filesystem der LVM-Volumes fällt
dagegen kaum ins Gewicht.

Ich darf an dieser Stelle verraten, dass für die Annäherung an die bzw. das Übertreffen der iRST-Werte genau eine kleine Änderung bei der Erstellung des SW-Raids eine wesentliche Rolle spielte. Siehe hierzu einen der nächsten Beiträge in dieser Serie.

Die Graphiken zu den Schreibraten täuschen aber auch in anderer Hinsicht:

Sie geben nicht die tatsächlich erreichbaren Schreibraten wieder. Ein differenzierter und genauer einstellbarer Test mit dem Tool FIO liefert ganz andere und deutlich höher Schreibraten für Datenpaketgrößen von 1 MB. Ich komme hierauf in einem späteren Artikel der Serie zurück. Die “gnome-diskd”-Ergebnisse für die erreichbaren Schreibraten sind aus meiner Sicht also mit einem Fragezeichen zu versehen.

Ist der Einsatz des iRST-Modus des Intel Z170-SATA3-Controllers notwendig für eine optimale SSD-Performance?

Die Antwort auf Frage ist klar Nein. Die obigen Daten belegen, dass Performance-Aspekte keinen Grund für oder gegen den Einsatz des iRST-Modus darstellen. Sie sprechen eher für den Einsatz eines reinen SW-Raid-Systems unter Linux:

Richtig konfiguriert, erreicht man bei den Schreibraten mindestens die Werte des iRST und in der Leserate übertrifft man sie regelmäßig.

Kein Argument für oder gegen den iRST-Einsatz stellt aus meiner Sicht zudem die CPU-Belastung dar. Ich konnte keine substanziellen Unterschiede erkennen:

Auf einem Linux-System mit 4 CPU Cores (i7 6700K) und Hyperthreading ist die CPU-Belastung für die 8 CPU-Threads außerhalb von (Re-)Sync-Phasen in der Praxis unerheblich, solange nicht viele große Raid-Verbände angesteuert werden müssen. Die Raid-Behandlung (Striping etc.) erfolgt in aktuellen Kerneln (seit Version 3.12) zudem multi-threaded.

Ausblick

Genug für heute. Im nächsten Artikel

SSD Raid Arrays unter Linux – IV – OS und Daten auf einem Raid-Array ?

gehe ich ein wenig auf die Datenverteilung ein. Sollte man z.B. das Betriebssystem samt root-Verzeichnis auf demselben Raid-Array installieren, das für hochperformante Datenzugriffe von Spezialanwendungen gedacht ist? Ich werde einen solchen Lösungsansatz kritisch hinterfragen.

Auf einem UEFI-System könnte sich anschließend folgende Frage stellen:

Muss nicht schon das UEFI-BIOS das Intel-RAID-System des Z170-Controllers genau kennen, damit über Grub2 ein Linux-OS, das auf einem SSD-Raid-Array am Intel-Controller installiert wird, anstandslos gebootet werden kann? Ist deswegen nicht zwingend iRST erforderlich?

Wir werden aber in einem kommenden Beitrag

SSD Raid Arrays unter Linux – V – SW-Raid vs. iRST-Raid – Boot-Unterstützung?

sehen, dass diese Sorgen ganz unbegründet sind.