提升性能 在RAID中使用SSD性能扩展测试

RAID阵列搭配几十个硬盘驱动器使用是实现一定性能水平的常见方法。本文我们将展示SSD RAID阵列如何进行完美的扩展，以及在什么情况下几个闪存驱动器将能够取代整个硬盘机房。

1. RAID扩展分析

日益增长的SSD固态硬盘市场整整一个星期没有新产品推出，而与此同时，存储市场则推出了玲琅满目的MLC和SLC NAND型固态硬盘产品，这些产品声称最高级数据吞吐率超过250MB/s(在SATA 3Gb/s端口)，I/O速率达到五位数。相比之下，老牌硬盘驱动看起来像是过去时代留下的文物一样：价格便宜、非常慢，并且最终“难逃一死”。

           

事实上，SSD性能数据甚至落后于笔记本电脑硬盘是因为基础技术并不适合，闪存驱动器只有搭配正确的硬件资源、控制器、缓存和软件功能才能充分发挥其潜能。

但是这些只是基本要求，你必须还要考虑其他因素，包括最新的Serial ATA驱动器和SSD固件、通过BIOS的AHCI支持，以及(Windows 7、Windows Server 2008 R2和内核版本2.6.18或更高版本的Linux系统中提供的)TRIM功能。这样能够让SSD即使了解已经被删除的数据块，从而可以更好地管理可用存储空间，防止性能下降。

供企业使用的闪存驱动器

SSD固态硬盘不仅是计算机爱好者和性能爱好者的玩物，它也可以供企业使用。无论在何种环境使用，SSD都能够提供很多技术优势：少数企业部门用户可以从强大的吞吐率中受益，而移动部件的缺失则意味着更好的访问时间以及更低的运行温度。最重要的是，尤其对于处理大量个人读取和写入操作的服务器，I/O性能远远超过了传统硬盘驱动器。

SSD只有很少的缺点，这很容易列出来：每GB的价格仍然比传统硬盘高出许多。此外，闪存的寿命在技术上被限定为一定数量的写入周期。这通常并不是很严重的缺点，因为传统硬盘驱动由于机械磨损也同样存在这个问题，并且据说最新版本的高端闪存产品的寿命与企业级硬盘看齐。

企业SSD如何在RAID中扩展?

在什么情况下，使用SSD值得公司投资?我们在这篇文章中从两个角度回答了这个问题。首先，我们将调查在什么情况下使用SSD要比使用传统企业级硬盘更值得投资。其次，我们还将看看SSD RAID的可扩展性。

事实上，我们已经对SSD RAID阵列的性能始终占据硬盘驱动器RAID阵列的主导地位进行了广泛的研究，本文就不再讨论。本文的重点是RAID阵列的“在线容量扩展”功能是否类似于在线I/O容量扩展，因为随着每个驱动器的添加I/O性能都会显著增加，并且比传统硬盘要高。

2. SSD和RAID—强大的 I/O性能

超过200MB/s的连续读取速率让SSD的优势不言而喻，但是对于专业使用，该驱动器的峰值能否达到230或者甚至260MB/s并不太重要。

更重要的是，尤其对于服务器，I/O操作的数量，例如系统每秒可以处理的数量。因为SSD的访问时间是在微妙范围内，在这方面远高于传统硬盘驱动器。

            

根据韩国制造商三星公司表示，使用正确的闪存驱动器可以提高I/O性能，性能增加可高达三位数。上图展示了三星目前的SSD产品与15000 RPM SAS硬盘驱动器的I/O性能对比，实现令人瞠目结舌的106倍的性能增加。在我们自己的测试中，我们发现很多闪存驱动器都存在类似这种性能优势。在我们对最佳SSD的对比测试中，我们注意到各个产品的主要区别出现在I/O性能中，但是，除了一些不适合的产品，即使是较低水平到中级水平的SSD与目前企业级硬盘相比，都至少平均胜出了10倍。

使用SSD省电

在企业环境使用SSD的另一个重要原因是较低的电源消耗。好的闪存驱动器从未超过它们最大负荷，即2瓦，甚至在闲置时，使用率都没有达到10%，而企业级硬盘驱动器经常使用10瓦甚至更多。

在数据中心的服务器硬盘驱动器安装需要消耗很多电能，成本也相应增加。Fraunhofer研究所和市场分析公司IDC估计，空调占据数据中心总耗电量的50%。很显然，这是非常大的数据。而使用SSD，低电源消耗和高I/O性能无疑是很大的优势，并且每瓦I/O率很可靠，能够确保能源效率与性能保持相对水平。

SSD RAID的可扩展性

对于企业而言，使用基于闪存系统取代硬盘驱动器服务器是很值得的投资。从更高的I/O值、较低的能源消耗和热量来看，SSD都是最佳选择，尽管个别闪存驱动器很昂贵，而存储容量很小。当然，你必须考虑加强现有多硬盘驱动系统的性能需要多少个SSD。
              

然而，到目前位置，最有趣的问题是SSD服务器的扩展能力。我们设置了一个测试系统来运行检查SSD RAID阵列的可扩展性。

SATA瓶颈：3 Gb/s并不够

我们决定使用LSI 9280-24i4e RAID控制器来调查SSD RAID在不受任何限制时的可扩展性。LSI控制器的24个SATA和四个SAS端口，以及8通道PCI Express 2.0端口，理论数据率高达4000MB/s，对于本文侧重的专业重点已经够用了。每个端口的带宽是6GB/s，提高了老版SATA 3Gb/s的速度限制。
               

除了这个控制器，我们还安装了LSI的FastPath软件，该软件声称能够显著提高连接的SSD的I/O访问速度。LSI并没有直言不讳地透露这个工作原理，只是提到对SSD的特殊低级别访问。这个软件适用于所有基于闪存的系统，并且能够最大限度提高写入和读取性能。LSI希望与未加速的系统相比，在写入性能方面实现2.5倍的增加，2倍读取性能。

3. SSD和RAID –测试和结论

在RAID 0的SSD测试中，添加更多的驱动器在同等程度上提高了性能和容量，数据吞吐量和每秒I/O操作同样是如此。

测试设置

我们的测试中使用来自三星公司的五个SSD，他们并没有使用强大的产品名称，只是简单的“三星SLC SSD”和产品标签MZ3S9100-XAB4。每个驱动器的容量为100GB，基于SLC NAND闪存，配有3GB/s SATA端口，并且支持TRIM和NCQ(Native Command Queuing全速命令排队)，三星公司生成读取速率为260 MB/s，而写入速率为245 MB/s。[!--empirenews.page--]

闲置时能源消耗为1.7瓦，消费模式需要更多能源，负载时达到3.7瓦，这与企业级硬盘相比仍然是可以接受的，企业级硬盘达到10000和15000RPM。常规磁盘可以达到这个数据的四倍。额定工作温度为-10°C和 60°C之间，这在SSD领域是相当标准的。三星还提供了一个200GB模式，如果你需要更多的服务器存储容量。

              

为了尽可能清楚地展示可扩展性，我们首先以其中一个SSD作为基准，然后创建一个两个驱动器的RAID 0阵列。每项测试运行时，我们就新增一个额外的驱动器，这样到最后，我们可以对比五个测试配置，并能很容易地看出它们的区别。

当然，快速(但不安全)的RAID 0模式只是在特殊情况下使用，而拥有内置冗余的RAID模式通常才是首选。然而，对于这个测试，我们特意选择了RAID 0，因为它能够显示我们能够期待的最好的扩展情况。

           

虽然我们使用的是比较快的测试系统，但对于最大限度提高I/O性能，这个配置并不是最理想的。多插座平台、较快的处理器以及全新的RAID控制器之一将能够帮助最大限度地提高I/O性能。我们也不得不说，企业级SSD并不一定能够提供最高的性能，但是能够最好地保持性能。在这种情况下，这意味着其他SSD，特别是消费类产品，可能在理论情况下能够提供很好的性能，但是当处理密集的工作负载时，企业级硬盘总是能够更好地维持预期的性能水平。

              

                               三星 MZ3S9100 3.5英寸SSD

              

                               LSI 9280 RDID控制权

I/O性能

lometer测试及其文件服务器、web服务器和工作站测试显示了系统是如何扩展的。单个SSD达到约每秒15 000 个I/O操作，而有两个驱动的RAID 0阵列得到额外的10 000个 I/O操作。增加更多的SSD能够相应的增加整体I/O容量。

每个增加的SSD不仅增加了容量，同时I/O性能也实现强劲稳步的增长。这个测试系统似乎没有接近任何I/O性能上限，但每次增加驱动器都得到了相同数量的扩展。使用传统的磁性硬盘驱动器，只有增加非常多数量的驱动器(两位数)才能实现这样的性能。或者，换种说法，曾经你可能需要增加几个新的服务器或者巨大的RAID阵列，而现在购买多一个SSD就已经足够。[!--empirenews.page--]

                 

          

         

         

数据库基准测试似乎有点不准，单个SSD应该能够实现更好的性能，但是趋势仍然是相同的，五驱动RAID 0阵列可以提供更多的I/O吞吐量。

Iometer流

对于速度追求者而言，连续读取速率绝对让他们感觉物有所值。在五个驱动器的情况下，RAID阵列峰值数据吞吐量达到1000 MB/s(读取)和1122 MB/s(写入)，后者更快是因为RAID控制器正在缓存。更重要的是，每增加一个驱动器，都会提高相同值的性能，扩展几乎呈线性发展。

              

               

             

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4 KB随机读取/写入

当读取和写入随机选取的4KB数据块时，结果如下所示。增加的SSD提高了数据吞吐量和每秒I/O操作。如前面所述，性能扩展几乎呈线性发展。

          

          

测试结果分析

在RAID 0阵列中的SSD测试揭示了一个有趣的结果：增加更多的驱动器能够同等程度地提高性能和容量，数据吞吐量和每秒I/O操作也同样增加。
 

                

在我们的测试中，性能扩展几乎呈线性发展，每个增加的驱动器带来了大致相同的增长。在I/O性能测试中，当增加驱动时，我们并没有碰到任何上限或者阔扩展性减少，所以你应该根据你的平台架构的带宽和延迟限制来考虑是否选择SSD。对于SSD RAID，扩展容量带来了相同程度的性能提升。

当然，测试结果并不能完全适用于所有RAID系统，但是这个测试带来了一个重要发现：与传统硬盘驱动器相比，基于SSD的RAID阵列能够从增加更多驱动中获得更多多优势。加入更多闪存驱动器，能力变得越强大，尤其是I/O性能，而I/O性能在商务领域发挥着关键作用。可能你不会看到这样的RAID 0阵列用于很多生产服务器，还有其他性能增加的RAID模式可供你使用，以增加速度和确保关键任务系统的可靠性。

对于企业而言，在规划SSD RAID系统时，这些结果提供了一些新的参考标准。除了闪存驱动器、控制器和服务器平台的价格外，还需要考虑可能使用的驱动器的数量。然而，这些测试结果也显示，SSD RAID的优势只有在适当环境才能得到充分发挥，例如高速度数据访问网络或者文件服务器。