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搭载固态硬盘的服务器究竟比机械硬盘快多少

2020-11-08 16:17:46 张彦飞allen

相信大家都知道固态硬盘(SSD)的优势在于速度比传统的机械硬盘(HDD)要快,所以现在线上服务器里越来越多看到固态硬盘的出现。不过作为一个对性能数字斤斤计较的开发,我想更精确地弄明白搭载SSD的服务器在IO性能上比搭载HDD的究竟快多少,顺序IO情况下快多少,随机IO情况下又能快多少?终于在最近抽空搞了一次性能测试对比。

测试环境

分别找了两台服务器,其磁盘都是Raid阵列,分别是搭载SSD和HDD,更详细的配置如下:

  • HDD实机:
    • Raid卡型号是PERC H730 Mini,1GB RAM缓存
    • 4块500GB SSD组成的raid5,可用容量1.3T
  • SSD实机:
    • Raid卡型号同上
    • 7块300G HDD硬盘组成的Raid5,可用容量1.6T

好了,比赛选手已经就位,再选择压测工具fio。指定比(压)赛(测)规(参)则(数)如下:

  • IO引擎:为了给硬盘充分施压,选用异步方式libaio
  • PageCache:为了更接近磁盘本身性能,开启Direct参数绕开Linux系统的内存缓存
  • 压测对象:稳妥起见,没有使用裸设备,用的文件
  • 文件大小:100GB,因为我的Raid 卡缓存是1G,保证远远大于缓存
  • 调度策略:选择常见的noop

对比测试正式开始。

顺序读取PK

我们先进行顺序访问下的测试,因为这个环境下无论是机械硬盘,还是固态硬盘,性能都将会是最优的。IO大小从512K一直到1M。

先来看一下机械硬盘:

file

在固态硬盘下: file

这个数据看来,在顺序IO情况下,其实搭载HDD的服务器IO性能并没有被搭载ssd的落下太多。这是因为

  • 顺序IO的情况下,RAID卡的命中率高,尤其是设置了RAID预取
  • 本身顺序IO也是机械磁盘工作最擅长的状态

所以,现代在服务器领域里,SSD只是应用越来越多了,但并没有能够全面替代HDD。原因之一是因为机械硬盘的顺序IO其实并不慢,再加上Raid的加持,所以还有很大的市场占比。 比较完了顺序IO,我们再来比较另外一个应用场景,随机IO。

随机读取PK

还记得开头的fio压测参数中我们把Page Cache给禁用了,再加上测试文件的大小定的是100GB,这个大大超过了Raid卡的缓存大小。所以基于这个前提下的随机IO,各级缓存基本都失去用武之地了,IO表现速度就完全看硬盘自身了。

在《机械硬盘随机IO慢的超乎你的想象》中,我们看来机械硬盘的随机IO的表现真的是太糟糕了。

file

再来看搭载SSD的服务器IO表现:

file

对比来看,机械硬盘的随机IO的速度可真的不是一般的慢,我们挑选上述结果中最被业务认可的4K IO size来看。

  • 带宽角度看,只有不到1M的吞吐,
  • 延迟角度看,在4.4ms左右

再看固态硬盘下的4K IO Size下的表现。而同等条件下的SSD可有32M。

  • 带宽角度看,仍然有32M,比HDD能快几十倍
  • 延迟角度看,大约120us左右。比HDD,就是4400:120,也是几十倍的提升

总结

在顺序IO的情况下,因为有Raid卡缓存的加持,基于HDD组成的Raid阵列服务器在IO性能上并没有太落下风。但是在随机读取的场景下,无论带宽还是延迟指标,SSD都要比HDD快几十倍以上。 所以在服务器中应用SSD,更主要解决的是随机IO的问题。所以如果你的服务器里存在过多的Page Cache,Raid卡缓存都兜不住的随机IO请求,那么请把HDD更换成SSD吧。


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