提升性能 在RAID中使用SSD性能擴展測試

RAID陣列搭配幾十個(gè)硬盤(pán)驅動(dòng)器使用是實(shí)現一定性能水平的常見(jiàn)方法。本文我們將展示SSD RAID陣列如何進(jìn)行完美的擴展，以及在什么情況下幾個(gè)閃存驅動(dòng)器將能夠取代整個(gè)硬盤(pán)機房。

1. RAID擴展分析

日益增長(cháng)的SSD固態(tài)硬盤(pán)市場(chǎng)整整一個(gè)星期沒(méi)有新產(chǎn)品推出，而與此同時(shí)，存儲市場(chǎng)則推出了玲瑯滿(mǎn)目的MLC和SLC NAND型固態(tài)硬盤(pán)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品聲稱(chēng)最高級數據吞吐率超過(guò)250MB/s(在SATA 3Gb/s端口)，I/O速率達到五位數。相比之下，老牌硬盤(pán)驅動(dòng)看起來(lái)像是過(guò)去時(shí)代留下的文物一樣：價(jià)格便宜、非常慢，并且最終“難逃一死”。

事實(shí)上，SSD性能數據甚至落后于筆記本電腦硬盤(pán)是因為基礎技術(shù)并不適合，閃存驅動(dòng)器只有搭配正確的硬件資源、控制器、緩存和軟件功能才能充分發(fā)揮其潛能。

但是這些只是基本要求，你必須還要考慮其他因素，包括最新的Serial ATA驅動(dòng)器和SSD固件、通過(guò)BIOS的AHCI支持，以及(Windows 7、Windows Server 2008 R2和內核版本2.6.18或更高版本的Linux系統中提供的)TRIM功能。這樣能夠讓SSD即使了解已經(jīng)被刪除的數據塊，從而可以更好地管理可用存儲空間，防止性能下降。

供企業(yè)使用的閃存驅動(dòng)器

SSD固態(tài)硬盤(pán)不僅是計算機愛(ài)好者和性能愛(ài)好者的玩物，它也可以供企業(yè)使用。無(wú)論在何種環(huán)境使用，SSD都能夠提供很多技術(shù)優(yōu)勢：少數企業(yè)部門(mén)用戶(hù)可以從強大的吞吐率中受益，而移動(dòng)部件的缺失則意味著(zhù)更好的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間以及更低的運行溫度。最重要的是，尤其對于處理大量個(gè)人讀取和寫(xiě)入操作的服務(wù)器，I/O性能遠遠超過(guò)了傳統硬盤(pán)驅動(dòng)器。

SSD只有很少的缺點(diǎn)，這很容易列出來(lái)：每GB的價(jià)格仍然比傳統硬盤(pán)高出許多。此外，閃存的壽命在技術(shù)上被限定為一定數量的寫(xiě)入周期。這通常并不是很?chē)乐氐娜秉c(diǎn)，因為傳統硬盤(pán)驅動(dòng)由于機械磨損也同樣存在這個(gè)問(wèn)題，并且據說(shuō)最新版本的高端閃存產(chǎn)品的壽命與企業(yè)級硬盤(pán)看齊。

企業(yè)SSD如何在RAID中擴展?

在什么情況下，使用SSD值得公司投資?我們在這篇文章中從兩個(gè)角度回答了這個(gè)問(wèn)題。首先，我們將調查在什么情況下使用SSD要比使用傳統企業(yè)級硬盤(pán)更值得投資。其次，我們還將看看SSD RAID的可擴展性。

事實(shí)上，我們已經(jīng)對SSD RAID陣列的性能始終占據硬盤(pán)驅動(dòng)器RAID陣列的主導地位進(jìn)行了廣泛的研究，本文就不再討論。本文的重點(diǎn)是RAID陣列的“在線(xiàn)容量擴展”功能是否類(lèi)似于在線(xiàn)I/O容量擴展，因為隨著(zhù)每個(gè)驅動(dòng)器的添加I/O性能都會(huì )顯著(zhù)增加，并且比傳統硬盤(pán)要高。

2. SSD和RAID—強大的 I/O性能

超過(guò)200MB/s的連續讀取速率讓SSD的優(yōu)勢不言而喻，但是對于專(zhuān)業(yè)使用，該驅動(dòng)器的峰值能否達到230或者甚至260MB/s并不太重要。

更重要的是，尤其對于服務(wù)器，I/O操作的數量，例如系統每秒可以處理的數量。因為SSD的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間是在微妙范圍內，在這方面遠高于傳統硬盤(pán)驅動(dòng)器。

根據韓國制造商三星公司表示，使用正確的閃存驅動(dòng)器可以提高I/O性能，性能增加可高達三位數。上圖展示了三星目前的SSD產(chǎn)品與15000 RPM SAS硬盤(pán)驅動(dòng)器的I/O性能對比，實(shí)現令人瞠目結舌的106倍的性能增加。在我們自己的測試中，我們發(fā)現很多閃存驅動(dòng)器都存在類(lèi)似這種性能優(yōu)勢。在我們對最佳SSD的對比測試中，我們注意到各個(gè)產(chǎn)品的主要區別出現在I/O性能中，但是，除了一些不適合的產(chǎn)品，即使是較低水平到中級水平的SSD與目前企業(yè)級硬盤(pán)相比，都至少平均勝出了10倍。

使用SSD省電

在企業(yè)環(huán)境使用SSD的另一個(gè)重要原因是較低的電源消耗。好的閃存驅動(dòng)器從未超過(guò)它們最大負荷，即2瓦，甚至在閑置時(shí)，使用率都沒(méi)有達到10%，而企業(yè)級硬盤(pán)驅動(dòng)器經(jīng)常使用10瓦甚至更多。

在數據中心的服務(wù)器硬盤(pán)驅動(dòng)器安裝需要消耗很多電能，成本也相應增加。Fraunhofer研究所和市場(chǎng)分析公司IDC估計，空調占據數據中心總耗電量的50%。很顯然，這是非常大的數據。而使用SSD，低電源消耗和高I/O性能無(wú)疑是很大的優(yōu)勢，并且每瓦I/O率很可靠，能夠確保能源效率與性能保持相對水平。

SSD RAID的可擴展性

對于企業(yè)而言，使用基于閃存系統取代硬盤(pán)驅動(dòng)器服務(wù)器是很值得的投資。從更高的I/O值、較低的能源消耗和熱量來(lái)看，SSD都是最佳選擇，盡管個(gè)別閃存驅動(dòng)器很昂貴，而存儲容量很小。當然，你必須考慮加強現有多硬盤(pán)驅動(dòng)系統的性能需要多少個(gè)SSD。

然而，到目前位置，最有趣的問(wèn)題是SSD服務(wù)器的擴展能力。我們設置了一個(gè)測試系統來(lái)運行檢查SSD RAID陣列的可擴展性。

SATA瓶頸：3 Gb/s并不夠

我們決定使用LSI 9280-24i4e RAID控制器來(lái)調查SSD RAID在不受任何限制時(shí)的可擴展性。LSI控制器的24個(gè)SATA和四個(gè)SAS端口，以及8通道PCI Express 2.0端口，理論數據率高達4000MB/s，對于本文側重的專(zhuān)業(yè)重點(diǎn)已經(jīng)夠用了。每個(gè)端口的帶寬是6GB/s，提高了老版SATA 3Gb/s的速度限制。

除了這個(gè)控制器，我們還安裝了LSI的FastPath軟件，該軟件聲稱(chēng)能夠顯著(zhù)提高連接的SSD的I/O訪(fǎng)問(wèn)速度。LSI并沒(méi)有直言不諱地透露這個(gè)工作原理，只是提到對SSD的特殊低級別訪(fǎng)問(wèn)。這個(gè)軟件適用于所有基于閃存的系統，并且能夠最大限度提高寫(xiě)入和讀取性能。LSI希望與未加速的系統相比，在寫(xiě)入性能方面實(shí)現2.5倍的增加，2倍讀取性能。

3. SSD和RAID –測試和結論

在RAID 0的SSD測試中，添加更多的驅動(dòng)器在同等程度上提高了性能和容量，數據吞吐量和每秒I/O操作同樣是如此。

測試設置

我們的測試中使用來(lái)自三星公司的五個(gè)SSD，他們并沒(méi)有使用強大的產(chǎn)品名稱(chēng)，只是簡(jiǎn)單的“三星SLC SSD”和產(chǎn)品標簽MZ3S9100-XAB4。每個(gè)驅動(dòng)器的容量為100GB，基于SLC NAND閃存，配有3GB/s SATA端口，并且支持TRIM和NCQ(Native Command Queuing全速命令排隊)，三星公司生成讀取速率為260 MB/s，而寫(xiě)入速率為245 MB/s。