Тестирование дисков для Raspberrypi

Порой сидишь себе программируешь никого не трогаешь, а потом внезапно хочется встать и громко возмутиться “Да сколько уже можно это терпеть!”. Такое случилось и со мной, во время невероятно длинной распаковки ядра линукса в Raspberrypi. Всё началось с того, что мне нужно было померить производительность драйвера для airspy mini, который по-умолчанию устанавливается в Debian buster. Делается это двумя командами. Первая нужна, чтобы найти PID процесса для мониторинга:

ps aux|grep sdr_server

Вторая нужна, чтобы записать статистику вызовов функций в файл для анализа:

perf record -F 99 -p 31786  -g -- sleep 10

Однако, в этот раз всё пошло не так:

/usr/bin/perf: line 13: exec: perf_5.15: not found
E: linux-perf-5.15 is not installed.

Эта ошибка случается, когда установленная команда perf несовместима с текущим ядром линукса. Такое бывает, когда приезжает новое ядро, оно автоматически устанавливается, а пакет perf не обновляется. К сожалению, в debian не появляется новая версия пакета для новой версии ядра, поэтому приходится собирать его самому. В этом нет ничего сложно, кроме злосчастной распаковки исходников ядра линукса. Она занимает вечность, так как в Raspberrypi по-умолчанию система установлена на sdcard. Но после того, как произошла распаковка, сборка достаточно проста:

sudo apt install libunwind-dev libbfd-dev libdw-dev libbz2-dev libdwarf-dev
make -C linux-5.15.32/tools/perf/

Итак, пока шли эти нескончаемые ~40 секунд, я успел проверить почту, посмотреть новости и придумать план: подключить жёсткий диск к Raspberrypi на постоянной основе и вести там свои дела. Но как выбрать правильный? Я решил собрать все диски, которые завалялись у меня дома, и протестировать!

Диски

Диск номер один, тот, который лежал ближе всего - Transcend 320GB StoreJet 25M. Ничего особенного. По заверениям производителя поддерживает USB 2.0. Да, это очень старый диск. Почему-то определяется как JMicron JM20329 SATA Bridge. Ну и ладно.

Bus 001 Device 015: ID 152d:2329 JMicron Technology Corp. / JMicron USA Technology Corp. JM20329 SATA Bridge

Диск номер два, Apple Flash SSD из MacBook Air вставленный в noname enclosure. Позволяет подключаться по USB-C как обычный жёсткий диск.

Флэшка от Apacer Technology. Невероятно древняя. Позволяет записывать целый гигабайт данных!

Bus 001 Device 004: ID 1005:b113 Apacer Technology, Inc. Handy Steno/AH123 / Handy Steno 2.0/HT203

Флэшка от Super Top microSD card reader. Почему-то не смогла определится. Пусть полежит, возможно, её время ещё не пришло.

Внешний жёсткий диск Seagate 1teap6-500. Где-то написано 5400 RPM и USB 1.1, а где-то 5400 RPM и USB 3.0. Не беда, я же собираюсь протестировать фактическую скорость, зачем мне спецификации?

Bus 001 Device 009: ID 0bc2:2322 Seagate RSS LLC SRD0NF1 Expansion Portable (STEA)

SD карта SanDisk Ultra 32 GB microSDHC Class 10, U1. Какое сложное название товара и много параметров, наверное, круто.

Тестирование

Для тестирования я выбрал утилиту fio. Она поддерживает миллион параметров, которые мне совершенно не нужны - то, что нужно. Устанавливается как обычно:

sudo apt install fio

Далее для каждого диска я делал следующее:

• Подключал диск
• Выполнял измерение fio --name=write --ioengine=posixaio --rw=write --bs=4k --size=1g --numjobs=1 --runtime=30 --time_based --status-interval=1 --output-format=terse --output=file.csv
• Копировал файл file.csv в надёжное место
• Отключал диск

Как видно из команды запуска fio, я тестировал простую последовательную запись. Ничего выдающегося.

В результате у меня получилось следующее:

Как говорится “Начали за здравие, кончили за упокой”. Видимо сначала шла запись в какой-то внутренний буфер, поэтому быстро. А как только он закончился, то сразу стало медленно.

Как и ожидалось, лучшие результаты показали внешние диски, которые разрабатывались быть внешними дисками.

Кстати на графике нет Apple Flash SSD, так как у меня не получилось завести его под Raspberrypi. Чего я только не перепробовал: и подключение через хаб с активным питанием, и разные опции ядра вроде usb-storage.quirks=152d:a586:u - ничего не помогло. Этот накопитель потребляет очень много электричества и Raspberrypi просто не может выдать столько через USB порты:

[643278.399078] usb 1-1.2: USB disconnect, device number 14
[643390.016152] usb 1-1-port2: over-current change #1
[643392.321150] usb 1-1-port2: over-current change #2
[643393.415433] hwmon hwmon1: Undervoltage detected!
[643399.655459] hwmon hwmon1: Voltage normalised
[643403.330147] usb 1-1-port2: over-current change #3
[643422.019032] usb 1-1-port2: over-current change #4

Но если его подключить к Macbook AIR, то наблюдается странное:

Оказывается скорость записи на диск зависит от того, подключен ли ноутбук в сеть или нет! Удивительно.

А что, если добавить внутренний SSD моего Apple MacBook Air M1? Никто ведь не утверждал, что сравнение будет честным.

Скорость нового SSD в среднем в 3 раза больше, чем старые внешние HDD и в 2 раза больше, чем старый SSD от Apple. Не то, чтобы мне нужна была такая мощь в Raspberrypi, но хочется.

К слову о мощности, а что, если померить количество IOPS на один миллиампер потребляемого тока? Raspberrypi - это же про низкое потребление в компактном форм-факторе. Легко! Для этого я взял свой USB тестер A3-B и померил некоторые диски:

Самый энергоэффективной оказалась обычная флэшка. Она потребляет ~90мА. Внешние диски ожидаемо более прожорливые.

Кстати, seagate при той же скорости записи, что и storejet, тратит гораздо меньше энергии в режиме простоя. Хозяюшке на заметку.

А если поделить количество IOPS на мА*1000, то получится следующий график:

И опять победила обычная флэшка.

Тут правда есть один нюанс: когда тест заканчивается, данные продолжают писаться. А значит тратится энергия. Поэтому по-хорошему нужно было бы померить потребление энергии в режиме direct=true при записи файла фиксированного размера. Не очень понятно, будет ли скорость с большим потреблением энергии эффективнее долгой записи, но с малым потреблением энергии. Возможно, это исследование для отдельной статьи.

Выводы

Всё равно непонятно какой диск подключать. Флэшка выглядит заманчиво, но что, если есть специальные внешние диски рассчитанные на низкое энергопотребление? Возможно, WD purple?