服務器產業(yè)掀熱潮，效能成關鍵指標

隨著云端相關技術的成熟，業(yè)界對于服務器架設的需求也逐年提升。除了需求數量提升，相對應的服務器效能需求也隨之增加。若服務器的效能沒有達到一定水平，使用者便會明顯感受到一定程度的不順暢。舉例來說：一般用戶在使用在線服務，如網絡訂票或者瀏覽影音等，若服務器因負載過大而效能較差的話，使用者便會感受到不順暢的網絡體驗，甚至無法順利完成服務。

評估一臺服務器的效能，主要有幾個效能指針組件：中央處理器、內存、儲存裝置、網絡卡等。

影響服務器效能的關鍵：除了中央處理器、內存之外，儲存裝置也占了非常重要的部份，例如操作系統(tǒng)運行、資料讀寫存取，若儲存裝置速度慢，便會整體拖累服務器運轉效能。

為了提升服務器處理資料的效能，現今主流服務器已普遍搭載SSD，服務器廠商對于SSD如何挑選，除了價格以外，SSD本身的效能便是另一個重點。SSD效能評測，一般常見的IOmeter、FIO、CrystalDiskMark，可以快速的了解該SSD效能水平，但對于服務器環(huán)境下，長時間高頻率使用性質，這類評測工具往往只能了解到表面，無法更深入了解SSD在服務器環(huán)境下實際表現為何。

針對SSD效能評估，SNIA(Storage Networking Industry Association)提供了完整效能評估指引。顧名思義，該協會為提供網絡相關制造行業(yè)所需的技術規(guī)范為主，協會制訂的相關規(guī)范廣泛，其中關于SSD效能評估相關規(guī)范為” Solid State Storage (SSS)Performance Test Specification (PTS)”，這項測試規(guī)范可以讓制造商與客戶，在評估挑選SSD儲存裝置效能時有所依據。雖然本規(guī)范中定義的測試規(guī)范可以應用于基于任何技術制造(RAM，NAND等)之SSD裝置，但本規(guī)范尤其在預處理(Preconditioning)和穩(wěn)定狀態(tài)方面(Steady State)的重點是面向NAND相關產品。

現今主流的NAND-base SSD存取資料方式，是基于NAND-base的SSD控制器將邏輯地址(LBA)映像到NAND媒體上的物理實體NAND層地址(PBA)，并透過算法管理，以實現最佳的NAND性能以及其壽命。SSD通過獨立于主機的SSD控制器來管理這種LBA-to-PBA映射。這些運作的總和被稱為閃存管理(flash management)。下圖顯示了SSD效能變化趨勢，對于SNIA PTS測試概念至關重要。一般情況下，剛從包裝盒中拿出來的全新SSD(FOB)，在經歷短暫的高性能期后，會隨著時間增加讀寫量后，效能下降進入轉換階段(Transition)，最后效能逐漸穩(wěn)定，轉入穩(wěn)定狀態(tài)(Steady State)的表現。SNIA PTS目標在確保效能測量在穩(wěn)定狀態(tài)區(qū)域進行，以代表設備在一般正常工作期間的效能。下圖也能理解到，雖然不同SSD效能表現不同，但整體趨勢可以看出FOB效能最好，隨著時間持續(xù)存取，SSD會進入一個效能較低，但穩(wěn)定(Steady State)的狀態(tài)。

接著，來了解SNIA PTS五項重點測試概念：

1.穩(wěn)定狀態(tài)(Steady State)

SNIA PTS效能測試的重點在于穩(wěn)定狀態(tài)下的效能測試。為何需要搜集穩(wěn)定狀態(tài)下的效能數據，協會這邊提到兩個主因:

Ⅰ.確保不會將SSD的初始性能(FOB或Purged)視為“典型數據結果”，因為這對SSD來說為暫時效能表現，不能反映SSD在其多數運行時間下的性能表現情形。

Ⅱ.讓測試執(zhí)行者能夠觀察其趨勢，如，圍繞在平均值附近的波動在某種意義上是“穩(wěn)定”的，但背后可能有其他原因(NAND質量，快取等等)導致其波動較大。

 

2.清除(Purge)

為了確保每次測試結果的一致性，在每次預處理和測試開始前，必須對SSD進行清除操作，以抹除SSD上所有信息，讓SSD回到FOB狀態(tài)。若被測物SSD不支持任何清除方法，則必須在報告中記載未執(zhí)行清除動作。

 

3.預處理(Pre-conditioning)

預處理的目的在于促進測試過程收斂達到穩(wěn)定狀態(tài)，SNIA PTS定義了兩種類型的預處理條件:

Ⅰ.無測試腳本預處理(Workload Independent Pre-conditioning)

Ⅱ.測試腳本相依預處理(Workload Dependent Pre-conditioning)

簡單來說，無測試腳本預處理使用獨立于測試腳本以外的方式進行預處理，而測試腳本相依預處理則是使用測試腳本。雖然基于測試腳本的預處理不是測試流程中的獨立步驟（它發(fā)生在每個測試的核心測試循環(huán)中），但它對于獲得有效的穩(wěn)定狀態(tài)結果至關重要。

 

4.可運作范圍(Active Range)

在不同測試條件下，SNIA PTS定義了不同的LBA尋址空間，如下圖所示，可以看到左邊為全部100% LBA，右邊為75% LBA空間。

5.PTS測試流程

SNIA PTS測試流程相同(IOPS、Throughput和Latency)，至于其他特定測試流程規(guī)范已列于該章節(jié)中，這邊先不作討論，測試流程如下:

⑴Purge the device: 清除SSD上面所有資料。

⑵Run Workload Independent Pre-conditioning: 執(zhí)行無測試腳本預處理(Workload Independent Pre-conditioning )的動作。一般使用128K SEQ Write 對SSD進行兩倍容量寫入。

⑶Run Test (includes Workload Based Pre-conditioning): 測試本體，按照測試腳本中指定的設置測試參數(OIO/Thread、Thread Count、Data Pattern等)，設置完成后，執(zhí)行測試循環(huán)，直到達到Steady State或最多25次循環(huán)。根據測試的要求，累積/記錄每次循環(huán)中間執(zhí)行過程數據。

⑷Post process & plot the Rounds data: 測試結果處理與繪制循環(huán)資料。這邊會有兩種情況:

a.在25次循環(huán)內成功完成測試，假設第X次完成測試，表示該SSD已進入穩(wěn)定狀態(tài)，向前推5次(X-4)的這段區(qū)間即為量測區(qū)間。

b.在25次循環(huán)中未能進入穩(wěn)定狀態(tài)，則可以選擇再次回到步驟3重新執(zhí)行循環(huán)，或者直接用第25次當作穩(wěn)定狀趟。

本篇就SNIA PTS測試概念以及流程帶讀者導覽其中重點內容，從中也可清楚了解到SNIA PTS測試對于server SSD benchmark的重要性，有別于一般測試軟件，SNIA PTS更是透過一定時間讀寫壓力，讓SSD效能真實呈現。若要評估一顆SSD效能好壞，除了測出該SSD最大效能外，穩(wěn)定狀態(tài)下的效能表現我想更具指標意義。

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