服務(wù)器產(chǎn)業(yè)掀熱潮，效能成關(guān)鍵指標(biāo)

隨著云端相關(guān)技術(shù)的成熟，業(yè)界對(duì)于服務(wù)器架設(shè)的需求也逐年提升。除了需求數(shù)量提升，相對(duì)應(yīng)的服務(wù)器效能需求也隨之增加。若服務(wù)器的效能沒(méi)有達(dá)到一定水平，使用者便會(huì)明顯感受到一定程度的不順暢。舉例來(lái)說(shuō)：一般用戶在使用在線服務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)訂票或者瀏覽影音等，若服務(wù)器因負(fù)載過(guò)大而效能較差的話，使用者便會(huì)感受到不順暢的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，甚至無(wú)法順利完成服務(wù)。

評(píng)估一臺(tái)服務(wù)器的效能，主要有幾個(gè)效能指針組件：中央處理器、內(nèi)存、儲(chǔ)存裝置、網(wǎng)絡(luò)卡等。

影響服務(wù)器效能的關(guān)鍵：除了中央處理器、內(nèi)存之外，儲(chǔ)存裝置也占了非常重要的部份，例如操作系統(tǒng)運(yùn)行、資料讀寫(xiě)存取，若儲(chǔ)存裝置速度慢，便會(huì)整體拖累服務(wù)器運(yùn)轉(zhuǎn)效能。

為了提升服務(wù)器處理資料的效能，現(xiàn)今主流服務(wù)器已普遍搭載SSD，服務(wù)器廠商對(duì)于SSD如何挑選，除了價(jià)格以外，SSD本身的效能便是另一個(gè)重點(diǎn)。SSD效能評(píng)測(cè)，一般常見(jiàn)的IOmeter、FIO、CrystalDiskMark，可以快速的了解該SSD效能水平，但對(duì)于服務(wù)器環(huán)境下，長(zhǎng)時(shí)間高頻率使用性質(zhì)，這類評(píng)測(cè)工具往往只能了解到表面，無(wú)法更深入了解SSD在服務(wù)器環(huán)境下實(shí)際表現(xiàn)為何。

針對(duì)SSD效能評(píng)估，SNIA(Storage Networking Industry Association)提供了完整效能評(píng)估指引。顧名思義，該協(xié)會(huì)為提供網(wǎng)絡(luò)相關(guān)制造行業(yè)所需的技術(shù)規(guī)范為主，協(xié)會(huì)制訂的相關(guān)規(guī)范廣泛，其中關(guān)于SSD效能評(píng)估相關(guān)規(guī)范為” Solid State Storage (SSS)Performance Test Specification (PTS)”，這項(xiàng)測(cè)試規(guī)范可以讓制造商與客戶，在評(píng)估挑選SSD儲(chǔ)存裝置效能時(shí)有所依據(jù)。雖然本規(guī)范中定義的測(cè)試規(guī)范可以應(yīng)用于基于任何技術(shù)制造(RAM，NAND等)之SSD裝置，但本規(guī)范尤其在預(yù)處理(Preconditioning)和穩(wěn)定狀態(tài)方面(Steady State)的重點(diǎn)是面向NAND相關(guān)產(chǎn)品。

現(xiàn)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(shí)體NAND層地址(PBA)，并透過(guò)算法管理，以實(shí)現(xiàn)最佳的NAND性能以及其壽命。SSD通過(guò)獨(dú)立于主機(jī)的SSD控制器來(lái)管理這種LBA-to-PBA映射。這些運(yùn)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(shì)，對(duì)于SNIA PTS測(cè)試概念至關(guān)重要。一般情況下，剛從包裝盒中拿出來(lái)的全新SSD(FOB)，在經(jīng)歷短暫的高性能期后，會(huì)隨著時(shí)間增加讀寫(xiě)量后，效能下降進(jìn)入轉(zhuǎn)換階段(Transition)，最后效能逐漸穩(wěn)定，轉(zhuǎn)入穩(wěn)定狀態(tài)(Steady State)的表現(xiàn)。SNIA PTS目標(biāo)在確保效能測(cè)量在穩(wěn)定狀態(tài)區(qū)域進(jìn)行，以代表設(shè)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(xiàn)不同，但整體趨勢(shì)可以看出FOB效能最好，隨著時(shí)間持續(xù)存取，SSD會(huì)進(jìn)入一個(gè)效能較低，但穩(wěn)定(Steady State)的狀態(tài)。

接著，來(lái)了解SNIA PTS五項(xiàng)重點(diǎn)測(cè)試概念：

1.穩(wěn)定狀態(tài)(Steady State)

SNIA PTS效能測(cè)試的重點(diǎn)在于穩(wěn)定狀態(tài)下的效能測(cè)試。為何需要搜集穩(wěn)定狀態(tài)下的效能數(shù)據(jù)，協(xié)會(huì)這邊提到兩個(gè)主因:

Ⅰ.確保不會(huì)將SSD的初始性能(FOB或Purged)視為“典型數(shù)據(jù)結(jié)果”，因?yàn)檫@對(duì)SSD來(lái)說(shuō)為暫時(shí)效能表現(xiàn)，不能反映SSD在其多數(shù)運(yùn)行時(shí)間下的性能表現(xiàn)情形。

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

 

2.清除(Purge)

為了確保每次測(cè)試結(jié)果的一致性，在每次預(yù)處理和測(cè)試開(kāi)始前，必須對(duì)SSD進(jìn)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(cè)物SSD不支持任何清除方法，則必須在報(bào)告中記載未執(zhí)行清除動(dòng)作。

 

3.預(yù)處理(Pre-conditioning)

預(yù)處理的目的在于促進(jìn)測(cè)試過(guò)程收斂達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，SNIA PTS定義了兩種類型的預(yù)處理?xiàng)l件:

Ⅰ.無(wú)測(cè)試腳本預(yù)處理(Workload Independent Pre-conditioning)

Ⅱ.測(cè)試腳本相依預(yù)處理(Workload Dependent Pre-conditioning)

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，無(wú)測(cè)試腳本預(yù)處理使用獨(dú)立于測(cè)試腳本以外的方式進(jìn)行預(yù)處理，而測(cè)試腳本相依預(yù)處理則是使用測(cè)試腳本。雖然基于測(cè)試腳本的預(yù)處理不是測(cè)試流程中的獨(dú)立步驟（它發(fā)生在每個(gè)測(cè)試的核心測(cè)試循環(huán)中），但它對(duì)于獲得有效的穩(wěn)定狀態(tài)結(jié)果至關(guān)重要。

 

4.可運(yùn)作范圍(Active Range)

在不同測(cè)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(cè)試流程

SNIA PTS測(cè)試流程相同(IOPS、Throughput和Latency)，至于其他特定測(cè)試流程規(guī)范已列于該章節(jié)中，這邊先不作討論，測(cè)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(wú)測(cè)試腳本預(yù)處理(Workload Independent Pre-conditioning )的動(dòng)作。一般使用128K SEQ Write 對(duì)SSD進(jìn)行兩倍容量寫(xiě)入。

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

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

a.在25次循環(huán)內(nèi)成功完成測(cè)試，假設(shè)第X次完成測(cè)試，表示該SSD已進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，向前推5次(X-4)的這段區(qū)間即為量測(cè)區(qū)間。

b.在25次循環(huán)中未能進(jìn)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(dāng)作穩(wěn)定狀趟。

本篇就SNIA PTS測(cè)試概念以及流程帶讀者導(dǎo)覽其中重點(diǎn)內(nèi)容，從中也可清楚了解到SNIA PTS測(cè)試對(duì)于server SSD benchmark的重要性，有別于一般測(cè)試軟件，SNIA PTS更是透過(guò)一定時(shí)間讀寫(xiě)壓力，讓SSD效能真實(shí)呈現(xiàn)。若要評(píng)估一顆SSD效能好壞，除了測(cè)出該SSD最大效能外，穩(wěn)定狀態(tài)下的效能表現(xiàn)我想更具指標(biāo)意義。

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