談 Synology DS1517+ NAS上的 PCI Express 擴充槽運用

對中小企業來說，NAS的挑選當然以高效能的機器為主要考量，除此之外，擴充性也是是衡量之一， Synology DS1517+ 擁有5個硬碟儲存槽，亦可外加兩個連接 2 台DX517擴充裝置多達 15 顆硬碟，擁有4埠的RJ-45 1GbE 網路孔，支援 IEEE 802.3ad 網路聚合技術，提供 PCIe 插槽可安裝 M.2 雙轉卡(M2D17)或10GbE 網路介面卡，提升系統快取的IOPS與迅捷的資料傳輸，此篇就來談談PCIe擴充槽的運用。

 

Synology DS1517+上的PCI Express擴充槽

Synology DS1517+ 搭Intel Atom C2538四核處理器，內建硬體加密(AES-NI)，具備記憶體雙通道與PCIe 插槽擴充，專為中小型企業設計的5顆硬碟多功能NAS伺服器，可搭配兩台DX517 設備，強悍的高擴充性可支援多達 15 顆硬碟，尤其DSM 6.x更有完美的私有雲端運用，能更完善地同時支援多項任務，有效提升企業動能，筆者特別青睞於PCIe介面的支援，讓中小企業有擴充的機會，絕對是值得選擇的機種。

 

網路連接儲存裝置(NAS)的瓶頸不僅是網路，硬碟的存取速度與機器本身CPU處理的能力都是重點，目前硬碟都是SATA 3.0的天下，SATA 3.0理論值達到了6Gb/s 速度(也就是600MB/s)，但傳統硬碟轉速跟物理架構的限制下，最高的讀寫速度也只有約130MB/s~150MB/s左右，必須利用RAID或使用SSD固態硬碟來因應，說到固態硬碟，可說是最近很夯的儲存設備，目前上市的SSD的循序讀寫速率輕鬆達到500 MB/s 以上，似乎要達到SATA 3.0的瓶頸了，因此追求速度的玩家都轉到PCIe 規格的SSD了，畢竟PCIe 匯流排頻寬加持下，傳輸速率少則 1000 MB/s 起跳，超過 2000 MB/s也是蠻正常的，因此 Synology DS1517+ 加上了 PCIe 插槽就更加如虎添翼了。

 

先來看看傳說中Synology DS1517+的PCIe插槽（1 x Gen2 x8），可選擇 M.2 SSD 雙轉卡（M2D17）與10GbE 網路介面卡，中小企業不可或缺的擴充功能。

 

利用兩張E10G17-F2網卡與Synology M2D17來獨自玩玩，這樣可以來嘗試Synology DS1517+的蛻變功能。

 

本來要跟好友借10Gb的交換器，因家裡出了狀況不便出遠門，所以就將就點測試，Synology M2D17快取卡與兩張E10G17-F2網卡，當然少不了SFP+接頭網路線。

 

插上10GbE 網路介面卡，讓你的網路在多人使用下不再有瓶頸的問題。

 

Synology DS1517+的PCIe也可插上M2D17快取卡，支援多款尺寸的 M.2 SSD ，帶來優越的 SSD 讀寫快取，不需佔用任何硬碟抽取夾。

 

Synology M.2 SSD 轉接卡 M2D17

有了NAS容錯保護後，慢慢的會要求速度，相信速度永遠不會嫌太快，快之外還要求更快，傳統硬碟有機械動作的瓶頸，SSD固態硬碟又有寫入次數的詬病，試想若將SSD+HDD的混合模式，將讀寫資料放入容量小速度快的SSD中，待下次需要資料時，即可從快速的SSD來讀取，這樣就不必再到機械動作傳統硬碟，加快了存取的速度，雖然有命中率的問題，但確實也提昇了不少速度。

獨家設計的 Synology M.2 SSD 轉接卡—M2D17—能讓 NAS 輸入 / 輸出效能大幅躍進，具備雙 M.2 SSD 插槽，可高速進行 SSD 讀取 / 寫入快取，讓主要硬碟插槽只須負責資料儲存。M2D17支援 2280/2260/2242 規格，符合多種 M.2 SATA SSD 類型，可與各種廠牌靈活搭配。

 

Synology M2D17是一張 PCIe 的 M.2 SSD 轉接卡，主要是針對 DS1517+ 與 DS1817+的Synology NAS機種，簡約樸素的環保材質紙盒包裝。

 

掀開紙盒，除了有海綿軟墊包圍外，另一邊的上方有海綿保護，以防止運送過程中的擠壓與跌落。

 

全部的配件亮相，其實除了M2D17卡外，沒有什麼配件啦！僅附上M.2 SSD2的螺絲與螺絲底座。

 

PCI Express 是個介面， 有分 PCI Express 1.1、PCI Express 2.0與 PCI Express 3.0，下圖是維基百科上的匯流排效能表。

 

M2D17是一張 PCIe 2.0 x8 的規格，對照表上可知有 4 GB/s 的頻寬，卡上支援兩個 M.2 的插槽，採用 low profile 短卡設計。

 

M.2 SSD的尺寸規格支援有 2280 / 2260 / 2242三種尺寸，可從介面卡上的圓孔來查看尺寸的大小，符合多種 M.2 SATA SSD 類型，可與各種廠牌靈活搭配。

 

Synology M2D17 PCIe 介面卡主要是用來快取，想要讀、寫分開的功能必須使用兩片 M.2 SSD，利用附贈的螺絲與螺絲底座來固定。

 

Synology M.2 SSD 轉接卡 M2D17可帶來優越的 SSD 快取效能，在中小企業多人使用上更顯得其重要。

 

具備雙 M.2 SSD 插槽，可高速進行 SSD 讀取 / 寫入快取，讓主要硬碟插槽只須負責資料儲存，在空間配置規劃上能有效靈活應用。

Synology DS1517+ 插上M2D17雙 M.2 SSD 轉接卡，帶來優越的 SSD 讀寫快取，不需佔用任何硬碟抽取夾。

 

插入開機後到DSM系統的「儲存空間管理員」視窗上，點選左邊的【HDD/SSD】選項，右邊畫面即可出現目前所有個儲存裝置，此時會看到快取裝置上兩個為初始化的訊息。

 

切換到【SSD快取】畫面上，選擇新增來建立快取空間。

 

由於使用兩顆SSD建立快取，所以可以選讀寫的快取，可以針對存空間或SCSI LUN來加快讀寫速度。

 

選擇要掛載於哪個儲存空間或SCSI LUN後，在勾選快取的SSD裝置。

 

SSD快取還可建立RAID 1，讓快取的資料也有安全的保障。

 

預設是指定全部的容量當快取，你可以改變；眾所周知，SSD有寫入的壽命，為了延長SSD壽命，循序性的I/O其實可以略過快取，直接寫入硬碟即可，預設值也是勾選的。

 

接著確認一些事項並說明會刪除SSD上所有的資料。

 

統計命中率的大小，就是以最近存取檔案大小，快取需要多人的環境下才能顯示其效果，Synology DS1517+利用PCIe饋充槽來加快取功能，不佔用原來的5bay插槽，對中小企業來是雙贏的選擇。

 

除了查看命中率外，你也可以了解目前快取的使用狀況。

 

被掛載的儲存空間，可以在SSD快取項目上看到有快取的對應。

 

Synology 的快取機制是以儲存空間或SCSI LUN為主，假如你有多個儲存空間，想要改變快取至另外的儲存空間，只能先刪除後再建立快取時選擇不同的儲存空間。

Synology E10G17-F2 乙太網路卡

Synology E10G17-F2 乙太網路卡配載 10 Gigabit 雙 SFP+ 網路埠及 PCIe Express 3.0 x8 介面，專為 Synology FS/XS(+) 系列的 NAS 伺服器所設計，雖然DS 1517+ 的 PCIe 是Gen2 x8規格，一樣可以使用，當然速度就無法達到 PCIe 3.0 x8 的 7.877GB，不過仍然大於10Gb（1250MB /s）的頻寬。

 

Synology E10G17-F2 乙太網路卡一樣使用環保的紙盒包裝。

 

掀開紙盒，一貫的包裝作風，有海綿軟墊包圍外，另一邊的上方有海綿保護，以防止運送過程中的擠壓與跌落。

 

全部的配件亮相，其實除了Synology E10G17-F2卡外，有附標準高度的全高擋片，因為E10G17-F2網卡也可以使用在PC上，全高檔片是必須的哦！

 

Synology E10G17-F2 是一款 PCIe Express 3.0 x8 介面的乙太網路卡，是專為 Synology FS/XS(+) 系列的 NAS 伺服器所設計，E10G17-F2 支援 CPU 卸載 (RDMA over Ethernet)，能夠滿足高效能運算的需求，當然也適用於 DS 1517+ 與 DS1817+機種。

 

至於哪些機種支援支援 CPU 卸載功能呢？你可以參考官方的網頁說明。

 

Synology E10G17-F2 乙太網路卡配載 10 Gigabit 雙 SFP+ 網路埠，看到 SFP+ 接頭就有高人一等的感覺。

 

筆者沒有10Gb的交換器，所以特別向好友借了兩張 Synology E10G17-F2 乙太網路卡，一個插DS1517+，另一個插PC上。

 

雖然DS 1517+ 的PCIe是Gen2 x8規格，一樣可以使用向下相容的Synology E10G17-F2 PCIe Express 3.0 x8 規格。

 

Synology DS+1517+與E10G17-F2 的相遇

目前PC上的網路幾乎是1Gbps的配備，換算後約有 125 MB/s，雖然傳統硬碟轉速跟物理架構的限制下，讀寫速度應該也有 150 MB/s左右，此1Gbps的網路頻寬配備免強可以應付，但若使用SSD固態硬碟的循序讀寫速率輕鬆達到500 MB/s 以上，或者是RAID方式來提高讀寫存取速度，加上中小企業多人使用的狀況下，1Gbps的125MB/s頻寬真的是捉襟見肘啊！此時Link Aggregation的網路聚合就顯得格外重要，但有支援PCIe插槽的NAS就有許多的優勢，例如安裝10GbE網路卡即可解決網路頻寬問題，Synology E10G17-F2 配載 10 Gigabit 雙 SFP+ 網路埠，也可以Link Aggregation成20Gb，絕對是DS1517+ NAS的好幫手。

 

根據官網上的說明，選配10GbE網路卡，可以超過每秒的1100MB的讀取，與520MB的寫入優異效能，挨踢路人甲不是網路專家，只是一般小公司的MIS人員，所以接下來的測試僅就個人的設備環境下運作，測試的目的不是要彰顯DS1517+的極限效能，而是要描述Synology DS1517+ PCIe擴充槽帶來的優勢，畢竟用特別安排的環境表達極限速度很迷人，但對於一個中小企業的MIS人員來說，速度並非唯一的選項，所以筆者不想運用公司的環境來測試極限速度感，而是以家中目前僅有的設備環境來說明E10G17-F2 10GbE網卡與DS1517+的點點滴滴。

 

先來看看筆者的PC裝置配備，筆者是個窮MIS人員，使用的是文書處理效能的AMD A10-6800K的CPU，主機板是MSI的A88XM-E45，記憶體是DDR3-1600 24G的大小，沒有獨顯卡，OCZ TRION 150 240GB TLC SSD固態硬碟與一顆SATA 3的2GB傳統硬碟，Google一下就知道這樣的配備並沒有高檔，大概連中階都談不上吧！

由於筆者家中沒有10Gb交換器，所以特別向好友借兩張 E10G17-F2 網卡，一張插入PC，另一張插入DS1517+內的PCIe插槽，使用PC上原來的1GbE網路孔連上DS1517+背後的網路孔（綠色線），並指定192.168.8.x網段，再使用SFP+接頭的網路線連接插入PC與DS1517+的E10G17-F2 網卡上（藍色線），並指定192.168.0.x網段以區隔，利用這兩個網段來處理1Gb與10Gb的流動區分。至於紅色虛線是使用網路磁碟機指定的資料夾對應地方，主要是來測試硬碟與網路瓶頸差異用。

 

E10G17-F2 網卡擁有10Gb頻寬，想要測試這個數值不容易，有兩個磁碟I/O要克服，一是PC上的硬碟，另一是DS1517+上的硬碟，筆者手頭上可用的SSD不多，於是將120GB與240GB的SSD做Raid 0來提升讀寫速度（就是儲存空間3）。

 

將itwssd共享資料夾指定到儲存空間3，也就是SSD Raid 0的地方，筆者的SSD循序讀寫速度為500 MB /s與400 MB/s，照道理會提升的兩倍的SSD讀寫速度，下圖是itw、itwalker與itwssd共享資料夾對應的儲存空間，itw是對應到傳統的Raid 1硬碟，itwalker是對應到傳統的單顆硬碟，而itwssd是對應到做Raid 0的 SSD固態硬碟。

 

開啟檔案總管來設定網路磁碟機，指定磁碟X:對應到\\192.268.8.244\itwssd上，看到IP的位置就知道是連接Synology DS1517+背面的原先1Gb網路孔，而itwssd是SSD Raid 0的儲存空間，很明顯瓶頸應該會卡在1Gb網路頻寬上。

 

磁碟Y:對應到\\192.168.0.21\itwalker共享資料夾，不過IP是指向DS1517+的E10G17-F2 網卡上，但資料夾itwalker是在傳統單硬碟的儲存空間。

 

磁碟Z:對應到\\192.168.0.21\itwssd共享資料夾，IP是指向DS1517+的E10G17-F2 網卡上，資料夾itwssd是在SSD Raid 0的儲存空間，網路速度與I/O速度是最佳的。

 

指定完三種網路磁碟機後如下畫面。

 

接下來在PC上各使用SSD硬碟與傳統硬碟直接上傳大檔案，也就是利用單機來模擬多人使用狀況，PC上的SSD硬碟讀寫有500MB/s的實力，傳統硬碟也有160MB/s，理論上合併應有660 MB/s左右的速度，在兩個上傳動作起起伏伏，在DS1517+資訊監控下看到最高的速度的數字是496.4 MB/s（接近官網520MB/s的數據），相當有感的速度。由於SSD硬碟有較佳速度，所以再次測試上傳兩個動作，加上傳統硬碟共三個動作，發現一樣無法突破500 MB/s的寫入DS1517+的SSD Raid 0的儲存空間，是網路頻頸、機器效能還是前端PC與DS1517+的讀寫I/O問題呢？

 

為了避免是前端PC的磁碟I/O的瓶頸，挨踢路人甲使用記憶體虛擬磁碟的方式（就是 Ram Disk），將24G記憶體利用Softprefect RAM Disk挪出12G虛擬成虛擬磁碟機T :。

 

再用CrystalDiskMark測試T碟的效率如下，看到這數字應該夠應付10Gb（1250MB /s）的速度了吧！

利用產生出來的記憶體虛擬磁碟機上傳X:磁碟，也就是透過傳統的1Gb網路孔（125 MB/s）到SSD Raid 0的儲存空間，筆者的SSD的循序讀寫有500/450 MB/s左右，更何況是做Raid 0，可想而知頻頸就在1Gb網路孔身上。

 

利用產生出來的記憶體虛擬磁碟機上傳Y:磁碟，也就是透過E10G17-F2 10Gb網卡（1250 MB/s）到傳統單硬碟的儲存空間，前端的記憶體磁碟、網路都遠遠大於單硬碟的讀寫，明顯的瓶頸就在DS1517+上的傳統硬碟I/O上。

 

再利用產生出來的記憶體虛擬磁碟機上傳Z:磁碟（DS1517+的Raid 0 SSD）一個大檔案，也就是透過E10G17-F2 10Gb網卡（1250 MB/s）到SSD Raid 0的儲存空間，前端的記憶體磁碟與網路都大於1250MB/s，DS1517+的itwssd資料夾是對應在Raid 0 SSD，理論上來說有兩倍的SSD速度（我的單顆SSD循序讀寫有500/450 MB/s左右），發現一樣達不到500MB/s的速度，筆者沒有多餘的SSD來做3顆Raid 0，無法進一步測試原因，即使是官方說明的520 MB/s寫入，也不及10Gb網路速度的一半，想要突破這個限制，是機器效能還是E10G17-F2 10Gb網卡的問題呢？

略過I/O實測DS1517+上的E10G17-F2 網路能力

實驗到現在可以證明磁碟I/O的影響甚鉅，為了證明10Gb網路是否有10GB的速度，還是只是數據上的噱頭而已，想個方式略過I/O的部分，於是想到iperf3這套軟體來測試網路速度，iperf是一個透過tcp測試系統網路能力的工具，可以不管application layer的干擾，相當適合來測試插在DS1517+上的E10G17-F2 網路能力，iperf必須在PC端與Synology DS1517+端同時運作，PC上當然是OK，可是Synology DSM系統備沒有開放自行安裝第三方的功能，於是想到DSM系統尚有Docker的能力，利用Docker實作輕量級的作業系統虛擬化功能，來實作做並運作iperf，雖然Docker虛擬化後會影響效能，但只少是目前最方便的方式之一。

 

自從群暉（Synology）釋出最新NAS作業系統DSM 6.0版後，除了功能大幅更新外，最令筆者讚賞的功能就是「Virtual DSM」與「Docker DSM」的虛擬技術，對輕量型Docker虛擬化的支援也不愧餘力。請使用瀏覽器輸入192.168.0.21的IP來連入DSM系統畫面（就是E10G17-F2 10Gb網卡IP位址），安裝玩Docker套件服務後進入其畫面，在「倉庫伺服器」頁面上使用搜尋找iperg包裝過的套件，找到後請下載。

 

下載後會統一存放在映像檔的頁面上，點選並來佈署。

 

首先出現的畫面上點選〔進階設定〕。

 

在網路分頁畫面上勾選「與Docker Host使用相同的網路」，這就是開始時進入DSM系統用192.168.0.21的IP連入的原因，因為此IP就是DS1517+ NAS上的10GbE網卡的IP，這樣Docker虛擬化的iperf3就能在這個網路IP，有利於PC端的iperf3測試。

 

切換到【環境設定】分頁畫面上，在執行指令內輸入「-s」，表示在DS1517+的piref3為伺服端。

 

敲定想要的容器名稱後按〔下一步〕來繼續。

 

在產生前列出設定清單來確認，請注意執行指令上是不是「-s」的參數，與Docker Host使用相同網路為「是」。

 

產生後到【容器】畫面上即可看到運作中的iperf虛擬服務，確認執行中後按下〔詳細資訊〕。

 

【概況】分頁畫面上可以看到執行的一些訊息，包括CPU使用率與RAM使用率等。

 

在【日誌】分頁畫面上，可以看到伺服端啟動等待前端的運作。

 

在PC前端進入命令提示字元視窗，輸入「iperf -c 伺服端的IP位置 -t 90 -w20m」，伺服端的IP位置就是DS1517+的E10G17-F2 網路位址，而Docker iperf虛擬服務使用與Docker Host相同的網路，也就是筆者圖解的192.168.0.21的IP。

 

結束90秒後看到約 3.4 Gb/sec的平均頻寬（425MB/s），與筆者使用檔案總管模擬兩個動作寫入Raid 0 SSD中的496.3 MB/s接近，透過Docker虛擬化的環境，也與官網的選配10GbE網路卡所說明的520MB的寫入相差不遠，這個落差是可以接受的，畢竟是透過Docker來測試的，可見官方公布的DS1517+搭配E10G17-F2 10Gb網卡的效能說明算中肯。

 

再到Docker iperf虛擬主機上查看日誌訊息，也是出現3.40Gbits/sec的流量頻寬，估計沒有使用Docker的話，應該有4.1 Gbits/s值。

 

來測試看看DS1517+內附的1Gb網路效能，在沒有I/O的干擾下的網路效能，所以使用1Gb網卡的IP進入DSM畫面，與之前建立Docker方式再建立一個，為了與10Gb有所區別，名稱命名為iperg31-1g，成功並啟動如下圖所示。

 

一樣輸入「iperf -c 伺服端的IP位置 -t 90 -w20m」，伺服端的IP位置就是DS1517+的1Gb網路位址，也就是筆者圖解的192.168.8.244的IP。

 

結束90秒後看到約 937 Mbits/sec的平均頻寬，幾乎接近1Gb/s的極限。

1Gb的網路測近滿載數值，明明就是10Gb的網卡，都已經屏除I/O的影響，為何iperf測不出應有的速度呢？難道是10Gb是噱頭嗎？挨踢路人甲不是網路專家，記得之前玩遊戲調整了MTU參數後，整個網路效能提升了，試著畫葫蘆一下，到Ds1517+ DSM系統畫面上將E10G17-F2 10Gb介面的IP位址上手動調整MTU值到9000。

 

插在PC端的E10G17-F2 10Gb的介面位址上也調整Jumbo Packer為9014（預設值為1514）。

 

再來執行iperf測試一下，果然Bandwidth攔下的數值飆高到至少 8 Gb/s 以上。

 

其當中最高達到 9.40 Gbit/s，測完90秒後平均為 8.61 Gbit/s，果然10Gb網卡並非是噱頭。

 

心得與感想

筆者以個人角度去探討Synology DS1517+ NAS上搭配M2D17快取卡與E10G17-F2 10Gb網路卡的擴充性，難免也測試了效能，挨踢路人甲也強調過非網路專家，測試網路效能時跌跌撞撞，也因此驗證多人使用環境下，面對有5bay的Synology Ds1517+ NAS，在Raid的靈活運用下，1Gb的網路的確力有未逮，或許利用內建的4埠網路建立Link Aggregation 多重網路聚合是不錯的方案。若不想大費周章，插上10GbE網路卡即可瞬間解決網路瓶頸的問題，這就是DS1517+內建PCIe插槽的絕活，若搭配E10G17-F2 雙10Gb網卡，還可Link Aggreation到20Gb；覺得卡在磁碟I/O上，也可插上M.2 SSD 雙轉快取卡（M2D17），讓中小企業隨著需求來擴充，DS1517+獨有的魅力就在此，可惜只有一個PCIe插槽，想要同時插上E10G17-F2 與 M2D17 可就魚與熊掌不可兼得囉！