SSD在OLTP在線交易系統(tǒng)的應(yīng)用

內(nèi)容摘要：第一代服務(wù)器級(jí)SSD隨機(jī)寫(xiě)性能較慢，但我們現(xiàn)在看到市場(chǎng)上增添了更多更好的產(chǎn)品――100,000 IOPS 和1,000,000 IOPS。不過(guò)這些具有卓越性能的產(chǎn)品的定價(jià)距離市場(chǎng)的接受度還很遙遠(yuǎn)。英特爾公司一直在SSD領(lǐng)域做出不懈努力，我個(gè)人很喜歡英特爾 X25-E Extreme SATA SSD，但它的定價(jià)還是高。

關(guān)于固態(tài)硬盤(pán)的問(wèn)題，基于非常熱的OLTP在線交易處理系統(tǒng)，以前主要討論了為什么說(shuō)它們將來(lái)會(huì)跟服務(wù)器有聯(lián)系。有一些潛在的應(yīng)用，如刀片服務(wù)器可靠的啟動(dòng)盤(pán)和其他小型數(shù)據(jù)應(yīng)用，不過(guò)本文討論的主要是大規(guī)模的OLTP。OLTP應(yīng)用的隨機(jī)I/O受限于具體任務(wù)，如電子商務(wù)系統(tǒng)、航空公司機(jī)票預(yù)訂系統(tǒng)以及任何數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用程序，諸如此類(lèi)有頻繁的存取應(yīng)用，通常是在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上進(jìn)行，而現(xiàn)在并不能預(yù)測(cè)今后的存取模式會(huì)是什么樣。

　　當(dāng)為這些工作負(fù)載安排一臺(tái)服務(wù)器時(shí)，關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)就在于每秒的隨機(jī)I/O。你需要添加內(nèi)存來(lái)提高內(nèi)存命中率并減少I(mǎi)/O次數(shù)，或者需要添加磁盤(pán)以支持應(yīng)用程序所需的I/O速率。增加內(nèi)存的問(wèn)題在于其線性成本――最新的DIMM成本和最初的DIMM的是一樣的，可價(jià)值卻僅呈對(duì)數(shù)增長(zhǎng)。由于工作量是隨機(jī)的，增加內(nèi)存僅能得到大約按照內(nèi)存平方根比例減少的I/O。內(nèi)存變的便宜了在一定程度上有所幫助，但即便如此，增加內(nèi)存隨之而來(lái)的能耗會(huì)更大，費(fèi)用也會(huì)隨之增加。除了這個(gè)辦法外，也可以增加磁盤(pán)數(shù)量，但每新增一塊昂貴的15000轉(zhuǎn)磁盤(pán)，每秒只能帶來(lái)大約200個(gè)I/O。

　　這一問(wèn)題最近在一個(gè)圖表中得以總結(jié)，它來(lái)自伯克利的Dave Patterson的一本書(shū)：《Latency Lags Bandwidth》?！　?/p>

　　在此圖表中，Dave追蹤了過(guò)去20多年里帶寬和延遲的整體趨勢(shì)。磁盤(pán)帶寬增長(zhǎng)比DRAM及CPU的增長(zhǎng)慢。我喜歡尋找不同的發(fā)展趨勢(shì)，因?yàn)樗鼈儠?huì)把我們引導(dǎo)到更基礎(chǔ)的需要?jiǎng)?chuàng)新的問(wèn)題。

　　了解到磁盤(pán)帶寬增長(zhǎng)是一個(gè)日益嚴(yán)重的問(wèn)題，讓我們?cè)賮?lái)比較一下磁盤(pán)的順序帶寬和隨機(jī)I/O比率。在下面的圖表中，我繪出了同一時(shí)期內(nèi)，順序帶寬增長(zhǎng)和隨機(jī)帶寬增長(zhǎng)的對(duì)比圖：
 

　　雖然磁盤(pán)順序帶寬增長(zhǎng)滯后于系統(tǒng)其他部分的增長(zhǎng)。不過(guò)，該圖顯示，隨機(jī)IOPS帶寬的增長(zhǎng)更加緩慢?？v觀整個(gè)行業(yè)，有一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，而且圖中的趨勢(shì)線清楚的表明：?jiǎn)慰看疟P(pán)來(lái)解決這一問(wèn)題將不符合成本效益。磁盤(pán)局限性問(wèn)題上升到一個(gè)更詳細(xì)的層面，為什么磁盤(pán)速度沒(méi)有提升?

　　磁盤(pán)顯然無(wú)法完全解決問(wèn)題，那么擴(kuò)大內(nèi)存容量如何呢? 如果我們把它作為唯一的方案，線性增加的成本和對(duì)數(shù)(或更糟)增加的收益以及更高的功耗使得增加內(nèi)存也不具成本效益。許多人過(guò)去幾年一直主張固態(tài)硬盤(pán)是解決內(nèi)存和磁盤(pán)隨機(jī)IOPS率的好方法。Jim Gray第一個(gè)提出這個(gè)觀點(diǎn)，他認(rèn)為：磁帶已經(jīng)死了，磁盤(pán)成為磁帶，閃存盤(pán)成為磁盤(pán)，而隨機(jī)存取內(nèi)存是國(guó)王。

　　第一代服務(wù)器級(jí)SSD隨機(jī)寫(xiě)性能較慢，但我們現(xiàn)在看到市場(chǎng)上增添了更多更好的產(chǎn)品――100,000 IOPS 和1,000,000 IOPS。不過(guò)這些具有卓越性能的產(chǎn)品的定價(jià)距離市場(chǎng)的接受度還很遙遠(yuǎn)。英特爾公司一直在SSD領(lǐng)域做出不懈努力，我個(gè)人很喜歡英特爾 X25-E Extreme SATA SSD，但它的定價(jià)還是高?？偟膩?lái)說(shuō)SSD的性能相當(dāng)不錯(cuò)，其性?xún)r(jià)比也在迅速改善，因?yàn)樗且环N半導(dǎo)體元件，而不是機(jī)械的。

　　我們什么時(shí)候能看到性能價(jià)格的交叉點(diǎn)?在什么價(jià)位SSD才能打敗傳統(tǒng)磁盤(pán)?這要看具體應(yīng)用了。它取決于負(fù)載的I/O密度，每GB數(shù)據(jù)的I/O數(shù)量。Bob Fitzgerald分析了不同的負(fù)載，了解不同應(yīng)用用來(lái)證明SSD所需的I/O heat(每GB的IOPS )水平是什么 。基于Fitz的工作，我進(jìn)行了一個(gè)快速測(cè)試，你可以通過(guò)該測(cè)試發(fā)現(xiàn)，SSD將有多便宜。

　　我的看法是這樣的，磁盤(pán)有較大容量而缺乏IOPS，因此，隨機(jī)IOPS密集型的工作負(fù)載中，隨機(jī)IOPS就成為了采用傳統(tǒng)磁盤(pán)的制約因素。而SSD擅長(zhǎng)IOPS，但容量卻較小，因此使用SSD的短板就在容量。當(dāng)支持你的IOPS需求所需的磁盤(pán)成本大于能夠支持該應(yīng)用需求的SSD的費(fèi)用時(shí)，固態(tài)硬盤(pán)更具成本效益。見(jiàn)下面的公式： #p#page_title#e#

　　目前硬盤(pán)×硬盤(pán)價(jià)格 > 所需容量×SSD價(jià)格/ SSD容量

　　下面我們來(lái)看個(gè)例子，幾百臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器運(yùn)行著高速運(yùn)轉(zhuǎn)的交易處理系統(tǒng)。每個(gè)系統(tǒng)有53塊磁盤(pán)，其中40塊用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，八塊用來(lái)記錄日志，還有少數(shù)是做管理的。之所以用磁介質(zhì)來(lái)記錄日志，是因?yàn)榇疟P(pán)順序帶寬比SSD連續(xù)帶寬更便宜。每臺(tái)服務(wù)器上數(shù)據(jù)庫(kù)大小是572GB 。此應(yīng)用采用15000轉(zhuǎn)3.5英寸磁盤(pán)，每塊價(jià)格在333美元左右。每臺(tái)服務(wù)器的磁盤(pán)預(yù)算申請(qǐng)應(yīng)該是是40 × 333=13320美元。如果換成SSD，我們需要幾塊盤(pán)呢?我們知道我們需要572GB，假設(shè)我們使用64 GB的SSD硬盤(pán)，572÷64=8.9，所以我們約需要9塊SSD硬盤(pán)來(lái)支持該應(yīng)用。

　　磁盤(pán)預(yù)算13320美元除以固態(tài)盤(pán)數(shù)量9，得出我們最高可以支付的每塊固態(tài)盤(pán)價(jià)格高達(dá)1480美元。如果64GB固態(tài)盤(pán)的成本低于1480美元，那么選擇固態(tài)盤(pán)就更劃算。該模型還忽略了固態(tài)盤(pán)可以省下的電能，通常SSD運(yùn)行僅需要傳統(tǒng)磁盤(pán)所需電能的五分之一。另外其他因素如服務(wù)費(fèi)也忽略了。不過(guò)這只是一個(gè)看看是否值得考慮采用SSD的快速檢驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

　　我們還需要更多數(shù)據(jù)，如在高寫(xiě)入應(yīng)用中SSD的壽命有多長(zhǎng)。由于缺乏歷史數(shù)據(jù)，再考慮購(gòu)買(mǎi)前，請(qǐng)確保您的供應(yīng)商可以完全擔(dān)保他們的產(chǎn)品在您的應(yīng)用中的使用壽命。