固態硬盤挑戰企業級SAS/SATA硬盤
幾年前,企業級SATA硬盤的推出,給企業在存儲空間上提供了很好的解決方案。隨著1TB容量產品發布,企業級SATA硬盤提供海量存儲同時,還可以提供一個十分低成本的解決方案(即每GB僅20美分),但是在性能方面,由于尋道時間和等待時間因素使得用戶期待更加高性能的替代品。相比較尋道時間和等待時間緩慢的改善步伐,盡管在過去10年內帶寬改善了近10倍,處理器也在性能上已提升60倍,但磁盤性能僅僅提升2.5倍。
可見,這種性能改進的效果是直接導致一個嚴重的性能瓶頸,特別是對OLTP數據庫和郵件服務器的隨機訪問。此外,針對要求較高緩存的復雜應用程序,RAID控制器、硬盤緩存和RAID設置方面盡管可以部分掩蓋性能上的缺陷,并采取了大量的研究和開發試圖通過提供大量獨立并行I/O線程以提高磁盤性能。
對于磁盤來說,有兩方面可以提升在對OLTP數據庫和郵件服務器的隨機訪問的性能。最傳統的方式是采用15000轉的SAS硬盤組成并行應用,或者是采用大量的更加廉價的SATA硬盤。最終根據測試結果,表明盡管SATA硬盤可以提供更高的性能,但是在相同的性能下,需要更多的SATA硬盤數量。
由此,固態硬盤為企業提供了一個新的存儲應用戰略:如果用戶對于空間要求并不是很高,但對于隨機存儲的I/O要求較高,因此可以采用SSD來獲得同樣的性能,SSD可以提供一流讀取性能,但寫入方面稍顯遜色。
英特爾一直關注中端存儲市場,試圖利用其內存控制器獲取比對手更加廣闊的市場,英特爾SSD產品可以提供0.075毫秒的訪問時間以及0.15W的功耗,完全可以滿足對OLTP數據庫隨機訪問的性能。
從上面對比可以看出,如果對于容量方面需求較強,SATA或SAS驅動器可能是最好的選擇。另一方面,如果需要獲得更多I/O性能,SLC固態盤相比SAS或SATA驅動器最顯著的優點是較少的隨機存取時間,在滿負荷下的低功耗和高可靠性。
通過比較可以看到,固態盤有著比磁盤更加明顯的優勢。首先是200萬平均故障間隔時間,這個特性遠高于市場上最好的SAS磁盤(160萬MTBF)。另外,英特爾還保證,如果X25-E每天承擔2.9TB數據寫入,它可以維持1800年,相比較磁盤驅動器很難有這樣的性能表現。
IOMeter是一款功能非常強大的IO測試軟件,它包含了負載發生器(IOMeter稱其為Worker),提供一系列標準測試組件以模仿實際應用,如WebServer(網站服務器)、FileServer(文件服務器)和在OLTP(OnLine Transaction Processing,在線交易處理)服務器。這些測試組件產生不同大小的輸入輸出請求和讀/寫分布,以模仿實際應用中的行為。
I/O Meter性能表現
首先,我們測試磁盤的方案采用順序訪問一個20GB的文件。由于英特爾SLC固態硬盤僅僅32GB容量,所以我們不得不使用一個相對較小的文件作為測試腳本。再有,為達到最好的磁盤測試效果,我們使用擁有最多扇區的外磁道讀取數據,從而獲取最高持續傳輸率。
英特爾SLC固態盤表現遠超出期望:讀取性能達到了266MB/秒,遠遠高于之前所期望的250MB/s,然而順序加載并沒有提供過高的成本,同時SSD更加吸引人的優勢在于:2個SAS磁盤或4個SATA磁盤所表現的性能僅僅需要一個SSD。
由于Adaptec控制器沒有充分利用SLC固態硬盤的帶寬性能優勢:我們只看到從4至8個磁盤變化時一個非常小的性能改善。我們假設這是一個SATA相關的問題,那么8個SAS磁盤幾乎不可能達到1GB/秒表現,這是一個RAID控制器瓶頸。
這樣采用16個SATA磁盤與兩個Adaptec控制器相連接以求達到最高傳輸速率。為測試RAID控制器進一步的影響,采用4個SLC固態盤與其中一個Adaptec控制器連接,其余四個連接另一個控制器。其結果是相當驚人的:在兩個控制器上的固態硬盤相比在一個控制器上的8塊SSD性能提高超過60%,由此一個具有RAID功能的系統可以提供1.2GB/s的讀取能力。
SQLIO性能表現
SQLIO是一款由Microsoft提供的測試工具,用來測試磁盤子系統的I/O性能的產品。可以模擬微軟SQL 2000/2005數據庫如何訪問磁盤子系統。下面的測試都是用RAID 0環境下進行的。
英特爾在對SLC固態硬盤的性能上表示在順序寫入數據時,性能可達170MB/s的傳輸速率,根據測試該驅動器有能力提供更加強勁的性能表現。
然而通過IOMeter的測試表明,8個SAS硬盤可以接近一個SLC固態硬盤在隨機組合的讀取和寫入的性能表現,特別是在進行隨機讀取性能上。這表明SLC驅動器是最好的讀取解決方案,在性能上的表現完全擊敗任何磁盤的競爭。
隨機寫入的速度僅僅比隨機讀取略顯遜色。不過,這種表現形式已經給與用戶很大的驚喜,因為作為固態硬盤過去的弱點,如今能有如此表現值得期待的。
總結
對于SSD簡單的性能測試,盡管在性能上有比較突出優勢,但對于高端系統中關鍵任務應用不受到重視,由于英特爾X25-E Extreme SLC固態盤并非雙SATA接口,它并沒有一個“超級電容器”,在突然斷電的情況下不能很好支持緩存的寫入閃存陣列中。對于這些用戶,企業級存儲巨頭EMC公司讓容量高達400GB,但價格卻是英特爾X25-E Extreme SLC固態盤的10倍。
在其他方面,大概90%的市場份額,英特爾X25-E有著令人驚奇的表現:它提供了至少3至13倍OLTP性能,同時功耗不到傳統SAS驅動器功耗的十分之一。由此,企業可以不必拘泥于SAS或FC驅動器在關鍵OLTP數據庫上應用。就目前正在使用大量的硬盤利用率來說,很大一部分硬盤處于空閑狀態,英特爾SLC固態盤提供了更多的機會。
然而,要知道,超高存儲設備更加容易造成在更高存儲層次的瓶頸。目前的存儲處理器方面的表現,只有在一些極端情況下負縮放,100%隨機寫在RAID 5為例。但在實際應用中很難達到的。SSD的性能及能耗優勢,使得它在企業級存儲中的應用開始受到重視。但目前只有EMC、Sun等少數廠商支持SSD,而SSD在普通商業領域中的應用才剛剛興起,還需要大量的實踐證明其可用性和可靠性。