檢視建置NAS的效能問題

硬體RAID控制器、GbE網路及交換器是效能關鍵
影響檔案存取服務系統效能的因素

NAS一向被認為是方便安裝、即插即用的儲存設備，Network Attached Storage顧名思義就是要建置在區域網路環境中，基本上只要接上網路線及電源線，NAS就能提供最基本的檔案分享功能。然而，也因為是「網路環境」，所以潛藏許多影響NAS效能的因素。

以往NAS的硬體配備普遍是低階伺服器等級，效能的差異並不明顯；然而，隨著Windows Storage Server 2003的推出，也就是此次採購特輯所測試的儲存專用伺服器，硬體配備普遍採用Pentium 4、Xeon等較高階的中央處理器，網路介面則採用Gigabit規格，這類儲存伺服器與去年主流的NAS比起來，效能的差異極大。

網路環境的配置也成為NAS效能的關鍵因素之一。此次WSS2003儲存伺服器採購特輯中，我們就遇到了網路效能的問題，從中模擬了幾種不同狀況的效能作比較。由測試結果發現，其中只要一個環節出了問題，同一臺NAS的效能可能就相差了數倍。我們建議在建置NAS前先考量這些效能問題，能對企業評估採購NAS有所幫助。

NAS雖然是可獨自運作的伺服器，但綜觀NAS的應用環境，卻只是整個檔案存取服務「系統」的「單點」；可以想見，NAS所提供的檔案存取服務品質，其實受到許多因素影響，整個系統的各個單點都是影響服務品質的關鍵因素。

我們建置一個由16臺電腦所組成的區域網路環境，利用NetBench 7.0.3測試NAS的效能。比對不同組態設定的測試數據，可以發現幾項影響NAS效能的關鍵因素，就企業建置NAS而言，只要注意這幾個影響效能的重要環節，檔案存取服務系統的效能就能改善。

在NAS本機端，效能關鍵不外乎伺服器的硬體配備：處理器、記憶體、晶片組、網路卡等等，就NAS的用途而言，要特別注意RAID控制器及網路介面；另一個關鍵環節是區域網路環境中的交換器，我們常直覺認為交換器是相當成熟的產品，在效能與相容性方面應該不會有太大的差異，但其實交換器還是決定效能的重要關鍵，不同的交換器，傳輸效能的差距甚至超過一倍。

分析影響NAS效能的因素，我們可以依據影響的程度來排序：RAID控制器＞交換器＞伺服器調校＞網路卡，這個順序可作為評估採購的參考，例如：RAID控制器會是最首要的考量點，選擇硬體RAID控制器的效益會比選擇網路卡廠牌來得重要；這幾個關鍵因素也可做為建置NAS的參考，例如投資在交換器設備上，所帶來的效益絕對比投資在用戶端的Gigabit網路卡來得好。硬體控制器提升RAID運算速度

在伺服器內部控制磁碟存取與運算能力最主要的元件就是磁碟陣列控制器，可分為硬體控制與軟體控制兩種架構。前者採用專屬RISC處理器處理RAID運算及磁碟存取；後者則是完全交由中央處理器負責。理論上來說，採用硬體磁碟陣列控制器的伺服器會有更好的效能，這點甚至可以透過測試數據加以驗證，硬體RAID與軟體RAID的效能差距會在用戶端數目增加時愈趨明顯。網路設備的相容性

或許你有過這樣的經驗：安裝好新設備卻發現效能不如以往。以前不同廠牌的網路設備之間常會有相容性的問題，如今交換器、網路卡之類的網路設備已經相當成熟，我們一般都會認為理當不會有嚴重的相容性問題，然而，我們這次測試儲存伺服器時發現並非如此。

我們一開始在建置測試的網路環境時，選擇一臺24埠全都支援Gigabit的GbE交換器（我們稱之為交換器B），照理應該可以讓測試設備發揮最大的效能，避免讓交換器成為效能的瓶頸。但是我們搭配HP StorageWorks NAS 2000S測試之後，發現資料傳輸率只有58Mb/s，效能遠低於我們所預期的。

HP StorageWorks NAS 2000S採用支援PCI-X介面的Integrated NC7781網路卡，內建Broadcom BCM5703網路控制晶片（10/100/1000 BASE-T），效能表現理當不僅止於此；因此我們把網路卡更換為Intel PRO/1000 XT，同樣搭配交換器B，執行相同的測試，資料傳輸率就大幅提升為224.14Mb/s，光是換網路卡，效能就提升了4倍。顯然交換器B與Broadcom BCM5703網路晶片有相容性的問題，或許可由驅動程式或進階的設定調校來改善。於是我們更換另一臺交換器，採用Asus GigaX2048，這臺交換器具有48個10/100連接埠及2個GbE+Gbic連接埠。我們同樣採用相同的測試方式，不論是使用Broadcom BCM5703或Intel PRO/1000 XT網路卡，資料傳輸率的差距都不大。由此可見，有些網路卡與交換器仍然存在相容性問題，因此在採購NAS時，最好能夠在企業既有的網路環境下先行測試，以避免網路設備的相容性問題。交換器決定網路效能

檔案存取服務系統的效能關鍵因素，有一半在NAS硬體，另一半就在網路環境，而交換器是網路效能的關鍵因素之一。我們以Asus GigaX 2048搭配HP StorageWorks NAS 2000S（NC7781網路卡/Broadcom BCM5703晶片）測試，NAS 2000S的資料傳輸率達到745.56Mb/s；搭配交換器B，則資料傳輸率為382.78Mb/s，效能相差近一倍，而且隨著用戶端數量增多，兩臺交換器的效能差異更加明顯，由此可以看出交換器的效能是NAS系統的關鍵因素之一。

我們可以很清楚地看到，即使是同一臺NAS，搭配不同交換器，效能可能差異極大，顯示出在某些情況下，交換器對NAS系統整體效能的影響，甚至會遠大於其他的因素。就NAS建置環境而言，交換器屬於資料交換的核心設備，也是企業內部網路的基礎設備，所有需要在網路上交換的訊息都必須通過交換器；而且交換器更新的時程較長，因此在設計並建置NAS時，必須特別留意交換器的相容性，以免造成更大的困擾。如果既有的交換器會產生效能瓶頸，更換交換器會帶來不錯的效益。

另外我們調校交換器的一些設定，調高所有連接埠的QoS優先順序，也可以讓資料傳輸率有一定比例的提升。在未調整QoS前，資料傳輸率為745.56Mb/s，調整之後資料傳輸率則是765.13Mb/s，約提高了20Mb。根據交換器的設定方式而言，低優先順序的封包會等候高優先順序的封包通過後才會開始傳送，因此使用交換器預設值的狀態下，往往會造成封包傳送時些許的延遲，而造成效能下降的狀況。Gigabit網路提升效能
NAS本機的效能調校

雖然現在GbE網路已經逐漸普遍中，不過一定有許多人對於是否轉換為GbE網路環境仍有所保留。就NAS的效能而論，我們認為GbE是絕對必要的。目前許多NAS主機端（host）都已經配備Gigabit網路卡，效能會比起以往提升許多。另外的關鍵就在於網路環境是否也支援GbE的能力，其中，主要的關鍵是交換器支援Gigabit，至於用戶端是否有必要升級為Gigabit，就視用戶端存取檔案的型態及負載而定了。

我們把HP StorageWorks NAS 2000S接至10/100BASE-T的網路埠，在相同的Asus GigaX 2048交換器之下，最大的資料傳輸率為227.04Mb/s；連結GbE網路埠的資料傳輸率則是745.56Mb/s，效能差距超過3倍，可見NAS主機端使用Gigabit網路卡是有效提升效能的好方法。除非NAS只提供一般用戶端存取個人的資料，不然Gigabit網路卡絕對是NAS的必備規格，在更大量資料存取的情況下，甚至要具備2組GbE，才能發揮NAS的最佳效能。

至於用戶端採用Gigabit網路卡是否有影響呢？我們使用1000BASE-T與10/100BASE-T網卡來驗證，可以明顯看出在1個用戶端存取的情況下，1000BASE-T網路卡的效能就比10/100 BASE-T多了54.83Mb/s，所以用戶端若是一臺伺服器，資料存取量大且頻繁，就有必要採用Gigabit網路卡，若是一般個人電腦，在資料存取量不多的情況下，差異其實不大。

在建置NAS環境時，我們認為NAS端與用戶端都使用Gigabit網路卡可以發揮整個檔案存取服務的最大效能，不過，因為NAS本機端是資料的匯集點，需要較大的頻寬以容納眾多的資料封包進入，因此NAS本機端的Gigabit網路卡是影響效能的重要關鍵，投資在NAS本機端的Gigabit網路卡，會比投資在用戶端的Gigabit網路卡來得更有價值。

NAS硬體的規格直接影響效能，然而作業系統的調校也會影響效能。雖然微軟的作業系統會自動針對已通過認證的設備，自動調校到較佳的狀態，但是WSS2003所立基的Windows Server 2003是個通用型伺服器系統，在系統設定組態上，不見得有針對NAS的用途作最佳化設定。使用WSS2003的預設值可以達到相當高水準的效能了，但如果要針對NAS的應用，壓榨出最大的效能，就必須調整各種硬體組件的相關設定。

根據Veritest所建議的WSS2003調整值，系統登錄檔（Registry）調整項目有網路卡種類（GbE或10/100BASE-T）、記憶體管理、檔案系統與TCP/IP網路參數。從這些項目我們可以了解到，伺服器的硬體組件是主要的先天限制，但是後天的環境調校還是會產生一定的影響，特別是伺服器端的網路設定，使用16個用戶端時，調校前的效能為745.56Mb/s，調校後的效能增加為790.50Mb/s，差距達到44.94Mb/s，是相當明顯的差距。

根據微軟表示，這些設定調校的確會提升效能，但是並不建議任意更動。因為這些調校數據是針對檔案伺服器（File Server）的應用所調整的，依Windows Storage Server不用的應用用途，設定與參數調整都不盡相同，調整時還需要特別留意。根據我們實際調校後發現，調校後效能會明顯提升，不過，當存取NAS的用戶端電腦數量達到16臺時，且經過一段長時間測試，我們發現傳輸效能有不穩定的狀況，並且用戶端容易產生傳輸錯誤。調校所帶來的效能提升，跟伴隨而來的錯誤跟不穩定，值得IT管理者三思。

統整以上所做的測試經驗，我們建議企業在規畫建置NAS時，必須先釐清需求，依據需求選擇適用的產品等級及規格，最好在採購前，事先測試與現有環境能否有最好的搭配，並適當地調校系統設定。畢竟，再好的產品如果搭配的環境不完善，不僅無法發揮最佳效能，也會讓管理人員疲於奔命，無謂浪費人力資源及時間。而以整個系統的服務品質來衡量NAS建置的問題，才能發揮IT投資的最大效益。文⊙羅健豪、吳其勳、張智鴻