RAID陣列搭配幾十個硬盤驅(qū)動器使用是實現(xiàn)一定性能水平的常見方法。本文我們將展示SSD RAID陣列如何進行完美的擴展，以及在什么情況下幾個閃存驅(qū)動器將能夠取代整個硬盤機房。
1. RAID擴展分析
日益增長的SSD固態(tài)硬盤市場整整一個星期沒有新產(chǎn)品推出，而與此同時，存儲市場則推出了玲瑯滿目的MLC和SLC NAND型固態(tài)硬盤產(chǎn)品，這些產(chǎn)品聲稱最高級數(shù)據(jù)吞吐率超過250MB/s(在SATA 3Gb/s端口)，I/O速率達到五位數(shù)。相比之下，老牌硬盤驅(qū)動看起來像是過去時代留下的文物一樣：價格便宜、非常慢，并且最終“難逃一死”。
事實上，SSD性能數(shù)據(jù)甚至落后于筆記本電腦硬盤是因為基礎(chǔ)技術(shù)并不適合，閃存驅(qū)動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(qū)動器和SSD固件、通過BIOS的AHCI支持，以及(Windows 7、Windows Server 2008 R2和內(nèi)核版本2.6.18或更高版本的Linux系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(qū)動器
SSD固態(tài)硬盤不僅是計算機愛好者和性能愛好者的玩物，它也可以供企業(yè)使用。無論在何種環(huán)境使用，SSD都能夠提供很多技術(shù)優(yōu)勢：少數(shù)企業(yè)部門用戶可以從強大的吞吐率中受益，而移動部件的缺失則意味著更好的訪問時間以及更低的運行溫度。最重要的是，尤其對于處理大量個人讀取和寫入操作的服務(wù)器，I/O性能遠遠超過了傳統(tǒng)硬盤驅(qū)動器。
SSD只有很少的缺點，這很容易列出來：每GB的價格仍然比傳統(tǒng)硬盤高出許多。此外，閃存的壽命在技術(shù)上被限定為一定數(shù)量的寫入周期。這通常并不是很嚴重的缺點，因為傳統(tǒng)硬盤驅(qū)動由于機械磨損也同樣存在這個問題，并且據(jù)說最新版本的高端閃存產(chǎn)品的壽命與企業(yè)級硬盤看齊。
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角度回答了這個問題。首先，我們將調(diào)查在什么情況下使用SSD要比使用傳統(tǒng)企業(yè)級硬盤更值得投資。其次，我們還將看看SSD RAID的可擴展性。
事實上，我們已經(jīng)對SSD RAID陣列的性能始終占據(jù)硬盤驅(qū)動器RAID陣列的主導(dǎo)地位進行了廣泛的研究，本文就不再討論。本文的重點是RAID陣列的“在線容量擴展”功能是否類似于在線I/O容量擴展，因為隨著每個驅(qū)動器的添加I/O性能都會顯著增加，并且比傳統(tǒng)硬盤要高。
2. SSD和RAID—強大的 I/O性能
超過200MB/s的連續(xù)讀取速率讓SSD的優(yōu)勢不言而喻，但是對于專業(yè)使用，該驅(qū)動器的峰值能否達到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(shù)量，例如系統(tǒng)每秒可以處理的數(shù)量。因為SSD的訪問時間是在微妙范圍內(nèi)，在這方面遠高于傳統(tǒng)硬盤驅(qū)動器。
根據(jù)韓國制造商三星公司表示，使用正確的閃存驅(qū)動器可以提高I/O性能，性能增加可高達三位數(shù)。上圖展示了三星目前的SSD產(chǎn)品與15000 RPM SAS硬盤驅(qū)動器的I/O性能對比，實現(xiàn)令人瞠目結(jié)舌的106倍的性能增加。在我們自己的測試中，我們發(fā)現(xiàn)很多閃存驅(qū)動器都存在類似這種性能優(yōu)勢。在我們對最佳SSD的對比測試中，我們注意到各個產(chǎn)品的主要區(qū)別出現(xiàn)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的另一個重要原因是較低的電源消耗。好的閃存驅(qū)動器從未超過它們最大負荷，即2瓦，甚至在閑置時，使用率都沒有達到10%，而企業(yè)級硬盤驅(qū)動器經(jīng)常使用10瓦甚至更多。
在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器硬盤驅(qū)動器安裝需要消耗很多電能，成本也相應(yīng)增加。Fraunhofer研究所和市場分析公司IDC估計，空調(diào)占據(jù)數(shù)據(jù)中心總耗電量的50%。很顯然，這是非常大的數(shù)據(jù)。而使用SSD，低電源消耗和高I/O性能無疑是很大的優(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(tǒng)取代硬盤驅(qū)動器服務(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看，SSD都是最佳選擇，盡管個別閃存驅(qū)動器很昂貴，而存儲容量很小。當(dāng)然，你必須考慮加強現(xiàn)有多硬盤驅(qū)動系統(tǒng)的性能需要多少個SSD。
然而，到目前位置，最有趣的問題是SSD服務(wù)器的擴展能力。我們設(shè)置了一個測試系統(tǒng)來運行檢查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控制器來調(diào)查SSD RAID在不受任何限制時的可擴展性。LSI控制器的24個SATA和四個SAS端口，以及8通道PCI Express 2.0端口，理論數(shù)據(jù)率高達4000MB/s，對于本文側(cè)重的專業(yè)重點已經(jīng)夠用了。每個端口的帶寬是6GB/s，提高了老版SATA 3Gb/s的速度限制。
除了這個控制器，我們還安裝了LSI的FastPath軟件，該軟件聲稱能夠顯著提高連接的SSD的I/O訪問速度。LSI并沒有直言不諱地透露這個工作原理，只是提到對SSD的特殊低級別訪問。這個軟件適用于所有基于閃存的系統(tǒng)，并且能夠最大限度提高寫入和讀取性能。LSI希望與未加速的系統(tǒng)相比，在寫入性能方面實現(xiàn)2.5倍的增加，2倍讀取性能。
3. SSD和RAID –測試和結(jié)論
在RAID 0的SSD測試中，添加更多的驅(qū)動器在同等程度上提高了性能和容量，數(shù)據(jù)吞吐量和每秒I/O操作同樣是如此。
測試設(shè)置
我們的測試中使用來自三星公司的五個SSD，他們并沒有使用強大的產(chǎn)品名稱，只是簡單的“三星SLC SSD”和產(chǎn)品標簽MZ3S9100-XAB4。每個驅(qū)動器的容量為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，而寫入速率為245 MB/s。[!--empirenews.page--]
閑置時能源消耗為1.7瓦，消費模式需要更多能源，負載時達到3.7瓦，這與企業(yè)級硬盤相比仍然是可以接受的，企業(yè)級硬盤達到10000和15000RPM。常規(guī)磁盤可以達到這個數(shù)據(jù)的四倍。額定工作溫度為-10°C和 60°C之間，這在SSD領(lǐng)域是相當(dāng)標準的。三星還提供了一個200GB模式，如果你需要更多的服務(wù)器存儲容量。
為了盡可能清楚地展示可擴展性，我們首先以其中一個SSD作為基準，然后創(chuàng)建一個兩個驅(qū)動器的RAID 0陣列。每項測試運行時，我們就新增一個額外的驅(qū)動器，這樣到最后，我們可以對比五個測試配置，并能很容易地看出它們的區(qū)別。
當(dāng)然，快速(但不安全)的RAID 0模式只是在特殊情況下使用，而擁有內(nèi)置冗余的RAID模式通常才是首選。然而，對于這個測試，我們特意選擇了RAID 0，因為它能夠顯示我們能夠期待的最好的擴展情況。
雖然我們使用的是比較快的測試系統(tǒng)，但對于最大限度提高I/O性能，這個配置并不是最理想的。多插座平臺、較快的處理器以及全新的RAID控制器之一將能夠幫助最大限度地提高I/O性能。我們也不得不說，企業(yè)級SSD并不一定能夠提供最高的性能，但是能夠最好地保持性能。在這種情況下，這意味著其他SSD，特別是消費類產(chǎn)品，可能在理論情況下能夠提供很好的性能，但是當(dāng)處理密集的工作負載時，企業(yè)級硬盤總是能夠更好地維持預(yù)期的性能水平。
三星 MZ3S9100 3.5英寸SSD
LSI 9280 RDID控制權(quán)
I/O性能
lometer測試及其文件服務(wù)器、web服務(wù)器和工作站測試顯示了系統(tǒng)是如何擴展的。單個SSD達到約每秒15 000 個I/O操作，而有兩個驅(qū)動的RAID 0陣列得到額外的10 000個 I/O操作。增加更多的SSD能夠相應(yīng)的增加整體I/O容量。
每個增加的SSD不僅增加了容量，同時I/O性能也實現(xiàn)強勁穩(wěn)步的增長。這個測試系統(tǒng)似乎沒有接近任何I/O性能上限，但每次增加驅(qū)動器都得到了相同數(shù)量的擴展。使用傳統(tǒng)的磁性硬盤驅(qū)動器，只有增加非常多數(shù)量的驅(qū)動器(兩位數(shù))才能實現(xiàn)這樣的性能?；蛘?，換種說法，曾經(jīng)你可能需要增加幾個新的服務(wù)器或者巨大的RAID陣列，而現(xiàn)在購買多一個SSD就已經(jīng)足夠。[!--empirenews.page--]
數(shù)據(jù)庫基準測試似乎有點不準，單個SSD應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)更好的性能，但是趨勢仍然是相同的，五驅(qū)動RAID 0陣列可以提供更多的I/O吞吐量。
Iometer流
對于速度追求者而言，連續(xù)讀取速率絕對讓他們感覺物有所值。在五個驅(qū)動器的情況下，RAID陣列峰值數(shù)據(jù)吞吐量達到1000 MB/s(讀取)和1122 MB/s(寫入)，后者更快是因為RAID控制器正在緩存。更重要的是，每增加一個驅(qū)動器，都會提高相同值的性能，擴展幾乎呈線性發(fā)展。
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4 KB隨機讀取/寫入
當(dāng)讀取和寫入隨機選取的4KB數(shù)據(jù)塊時，結(jié)果如下所示。增加的SSD提高了數(shù)據(jù)吞吐量和每秒I/O操作。如前面所述，性能擴展幾乎呈線性發(fā)展。
測試結(jié)果分析
在RAID 0陣列中的SSD測試揭示了一個有趣的結(jié)果：增加更多的驅(qū)動器能夠同等程度地提高性能和容量，數(shù)據(jù)吞吐量和每秒I/O操作也同樣增加。
在我們的測試中，性能擴展幾乎呈線性發(fā)展，每個增加的驅(qū)動器帶來了大致相同的增長。在I/O性能測試中，當(dāng)增加驅(qū)動時，我們并沒有碰到任何上限或者闊擴展性減少，所以你應(yīng)該根據(jù)你的平臺架構(gòu)的帶寬和延遲限制來考慮是否選擇SSD。對于SSD RAID，擴展容量帶來了相同程度的性能提升。
當(dāng)然，測試結(jié)果并不能完全適用于所有RAID系統(tǒng)，但是這個測試帶來了一個重要發(fā)現(xiàn)：與傳統(tǒng)硬盤驅(qū)動器相比，基于SSD的RAID陣列能夠從增加更多驅(qū)動中獲得更多多優(yōu)勢。加入更多閃存驅(qū)動器，能力變得越強大，尤其是I/O性能，而I/O性能在商務(wù)領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用?？赡苣悴粫吹竭@樣的RAID 0陣列用于很多生產(chǎn)服務(wù)器，還有其他性能增加的RAID模式可供你使用，以增加速度和確保關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)的可靠性。
對于企業(yè)而言，在規(guī)劃SSD RAID系統(tǒng)時，這些結(jié)果提供了一些新的參考標準。除了閃存驅(qū)動器、控制器和服務(wù)器平臺的價格外，還需要考慮可能使用的驅(qū)動器的數(shù)量。然而，這些測試結(jié)果也顯示，SSD RAID的優(yōu)勢只有在適當(dāng)環(huán)境才能得到充分發(fā)揮，例如高速度數(shù)據(jù)訪問網(wǎng)絡(luò)或者文件服務(wù)器。
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