测试固态硬盘(SSD) 性能的正确方法

测量固态硬盘(SSD)性能的正确方法SSDS002JamesMyers应用工程部主管议程2•复杂巧妙的SSD•性能的重要性•性能测量的方法–问题:对立结果–导致对立结果的原因•适用于当前方法的新概念–测试配置–性能评估•客户端SSD性能的剖析•展望未来议程3•复杂巧妙的SSD•性能的重要性•性能测量的方法–问题:对立结果–导致对立结果的原因•适用于当前方法的新概念–测试配置–性能评估•客户端SSD性能的剖析•展望未来复杂巧妙的SSD!全新SSD=最佳性能(数据顺序写入)使用过的SSD=新数据写到空白区域然后原始数据标注无效当需要擦除数据的时候需以NAND数据块(block)为单位进行移动有用数据擦除数据块并更新数据映射表控制器控制器控制器数据块SSD的性能随过去和当前的操作不同而变化4议程•复杂巧妙的SSD•性能的重要性•性能测量的方法–问题:对立结果–导致对立结果的原因•适用于当前方法的新概念–测试配置–性能评估•客户端SSD性能的剖析•展望未来5性能的重要性6配置完全相同的华硕G60J*笔记本-英特尔®酷睿i5M430@2.27GHz；英特尔®HM55芯片组；4GB(2x2GB)DDR3DRAM；英伟达*GeForceGTS360M显卡；Windows7*HomePremium64；英特尔®RapidStorageTechnology驱动10.1.0.1008。HDD系统为Momentus*7200rpm的希捷ST9500420AS500GBHDD；SSD系统使用300GB英特尔®固态硬盘320系列。议程•复杂巧妙的SSD•性能的重要性•性能测量的方法–问题:对立结果–导致对立结果的原因•适用于当前方法的新概念–测试配置–性能评估•客户端SSD性能的剖析•展望未来78性能测量的方法•综合型测试法–规律性的I/O操作(顺序、随机读/写)–典型工具有:Iometer*,CrystalDiskMark*•应用型测试法–调用实际应用的脚本并用时间来衡量–典型工具如:SYSmark*•轨迹型测试法–记录用户或脚本的I/O操作时序并予以回放–典型工具如:PCMarkVantage*HDDScore主机SSD总线您的SSD到底有多快呢?050010001500200025003000350005001000AnandtechStoragebenchLight*TechreportDrivebench*0100020003000400050006000700001000200030004000TechreportDrivebench*TechreportIOMETER*不同测试方法所得到的对立结果•值得欣慰的一面:–所有的测量方法均能突显出SSD比HDD要快•存在的问题:–针对相同的SSD，不同的测试方法会导致迥异的结果0100200300400010000200003000040000PCMarkVantage*HDDScoreSYSmark*ProductivityScore应用型测试法综合型测试法轨迹型测试法HDDSSD您会使用哪种测量方法呢?Source:IntelSource:综合型测试法:读写0100020003000400050006000700001000200030004000TechreportDrivebench*TechreportIOMETER*SSD05010015020025030035040005001000TechreportDrivebench*TechreportIometer*HDD控制器跑，跳，跑，跳...寻址，读，寻址，写...读，写，擦，trim，磁盘整理，耗损均衡，读，trim，重新分配...跑，运球，转身，过人，阻挡，投篮，抢篮板，跑，阻挡，抢篮板...对于SSD来说过于简单HDD10•应用测试应该是佳的：最接近实际使用情况•但是只有一小部分的系统测试指标对硬盘敏感•甚至那些硬盘敏感型应用也常与硬盘本身存在较为有限的相关性–对CPU敏感:mpeg2到mpeg4的格式转换–对两者敏感:打开视频编辑器–对硬盘敏感:加载mpeg2文件，保存mpeg4文件0100200300400010000200003000040000PCMarkVantage*HDDScoreSYSmark*ProductivityScore硬盘CPU，内存，显卡应用型测试法:应用型基准测试法更适用于那些硬盘敏感型应用HDDSSD更接近于实际情况，但易受系统限制11轨迹型测试法:潜力无限•以轨迹为基础的测试方法很好的模拟了真实应用情形–对现实用户所有的I/O操作进行跟踪和采集–然后将采集的I/O轨迹回放到测试盘–回放过程中对测试盘的I/O再一次进行跟踪采集–记录的是I/O操作时间–而不是系统所耗时间时间多种方法到底孰优孰劣呢?12扇区地址050010001500200025003000350005001000AnandtechStoragebenchLight*TechreportDrivebench*HDDSSD轨迹型测试法:潜力无限时间为什么?非标准13•不同的轨迹–人为设置的vs.真实的，使用模式的差异，采集时间短vs.长–此外，轨迹时序也值得考虑，HDDvsSSD•不同的回放方法–不同的工具和选项，轨迹不加修改直接回放vs.加以修改后回放–数据预填充，单任务顺序运行，多任务运行等•不同的统计指标–高迸发部分回放vs.全部轨迹回放vs.两者组合–MB/svs.延时vs.时间扇区地址数据预填充&工作负载的实际影响•通用的基准测试(SYSMark*,PCMark*CrystalDiskmark*)通常写入量较少，使用LBA地址范围有限，仅能填充到空白区，且工作负载的组合并不典型•用户不希望他们的数据被改写–你能用这种测试方法得到真实的SSD性能吗?在较短时间内?•不同的数据预准备:结果也将会发生变化•刚好写入空白区:最佳性能的情况–硬盘不用进行脏数据整理•因此，必须达到一种“稳态”性能空白区控制器控制器控制器空白区轨迹型测试法可以应对这些挑战14议程•复杂巧妙的SSD•性能的重要性•性能测量的方法–问题:对立结果–导致对立结果的原因•适用于当前方法的新概念–测试配置–性能评估•客户端SSD性能的剖析•展望未来15基于轨迹的性能测试试验:配置•工具:–英特尔性能评估分析套件(IPEAK)–PCMarkVantage*中所使用的同样工具•方法:–将保存的用户轨迹予以回放–回放过程中跟踪被测设备的性能–分析结果，定义指标记分方法•被测设备:–英特尔SSD，非英特尔SSD，HDD(7200&10KRPM)16基于轨迹的测试试验:配置•轨迹来源:–办公用的预装Windows7*的笔记本电脑–没有人为加速设置–读/写、LBA地址范围以及存储的数据与真实的应用模式相匹配–数据来源于配置有SSD的系统，因此数据采集时间是一大挑战–10天的跟踪，包括~70GB写和~120GB的读•回放1:–轨迹回放两遍:SSD容量,以得到稳态性能–硬盘的每个LBA都被预先写入数据–对于SSD来说最恶劣的情形–TRIM操作在回放时被略过–以使SSD一直处于写满状态–采用原始的时序，但有两点不同命令间的停顿保持恒定，完成一项操作后立刻进行下一项操作以求与真实的使用情形相仿大于25ms的停顿被缩减为25ms，以平衡脏数据回收时间和整个测试时间–曾尝试过10x时间(250ms)，区别有限171对SSD10天的跟踪可在~6小时内回放完毕，因此测试运行时间是~12小时。跟踪的时间有很大一部分(90%)是空闲的，从而可以进行垃圾清理。由于性能的差异，HDD测试的回放需要更长的时间。哪些I/O操作影响更大?•数据传送量vs.时间的图表显示了高I/O操作导致的阶跃:迸发性的IO需求•那些急速上升的点看起来是非迸发性的，然而事实上其恰恰反映了230MB/s的迸发性的IO需求!•迸发点通常是I/O操作对性能影响较大的时间段–通常的“沙漏瞬间”，像打开应用、保存文件等操作–CPU发送请求快于SSD可以响应的时间•非迸发的时间段有时会有稍许影响，但一般来讲影响甚微–例如:从网上下载数据并不依赖于硬盘的速度累计传输的KB数时间(秒)来源：英特尔18读写78MB/s230MB/s5MB/s迸发分析•选择迸发轨迹所需的两个原则:–至少10MB数据传输–没有大于100µs的停顿时间•按照上述原则采集的迸发轨迹看起来能很好的测试SSD的峰值性能–总共50GB的数据传输，远大于大多数基准测试–平均98%的繁忙时间，只有2%命令间歇–平均序列深度为20–平均迸发为30MB，最大是~750MB19迸发轨迹vs.全轨迹测试•迸发轨迹测试和全轨迹测试的性能呈线性相关，但不够明显•同样的盘有平均12%的偏差，最大偏差达到25%迸发很重要，因此理应得到更多的权重20来源：英特尔SSDonly25%短时间vs.长时间轨迹•为何不选择更短的测试呢?•对比完整轨迹和开始几个GB数据的轨迹•典型的偏差范围为6%到20%，这取决于给迸发所设定的权重•最大偏差范围为13%到56%!仅对工作负载作短时间的轨迹采集是不够精确的21来源：英特尔RMSerror=20%Max=56%56%SSDonly只记录迸发IORMSerror=6%Max=13%13%SSDonly所有的IO记录完整轨迹完整轨迹议程•复杂巧妙的SSD•性能的重要性•性能测量的方法–问题:对立结果–导致对立结果的原因•适用于当前方法的新概念–测试配置–性能评估•客户端SSD性能的剖析•展望未来22客户端应用中的SSD性能剖析•虽然迸发所得到的更多的权重，但放入实际应用场景中，其起到的作用还是相当有限的•即使最慢的SSD也可以降低85%的I/O数据传输时间•最快和最慢的SSD间的性能差异仅有7%多一点•这也解释了为什么很少有SSDvsSSD的性能对比演示!SSD与SSD和HDD的差别相比，SSD之间的差别显得微乎其微0100200300400010000200003000040000PCMarkVantage*HDDScoreSYSmark*ProductivityScore23来源：英特尔85%85%典型的7200RPMHDD要是SSD便得无限快将会怎样?•测量应用的启动时间•DRAM数据代表无限快的硬盘–打开&关闭应用并缓存到DRAM中–再次打开，开始计数•HDD到DRAM的差别是硬盘所耗时间•SSD减少了85%的硬盘所耗时间•非硬盘耗时是剩余耗时的85%24来源：英特尔。英特尔®Core™i7-26008MBL3Cache3.4GHz，英特尔®P67Express芯片组，4GB(2x2GB)DDR310666。更多内容请查看幻灯片的33页。SSD和理想极速硬盘的差别很小•分析一下300-750MB数据的迸发写入情形，其中写入占~80%•部分SSD在3-4秒间，而有些则是5-7秒•SSD细微差别在写小文件的时候不易被察觉•写大文件时更可能会感到SSD之间的差别25来源：英特尔何时客户端SSD间的性能差异得以体现？最快的SSD可能对特定客户有所帮助“沙漏瞬间”平均每天的最长I/O停顿时间全局考虑–到底什么能更好的体现SSD的价值26来源：英特尔•相对于HDD，SSD间的性能差异对于典型客户端应用来说影响更小•对于SSD，需要更加关注可靠性，功耗，兼容性等等“SSD级别”的性能正在改变游戏规则性能可靠性,兼容性,功耗…性能议程•复杂巧妙的SSD•性能的重要性•性能测量的方法–问题:对立结果–导致对立结果的原因•适用于当前方法的新概念–测试配置–性能评估•客户端SSD性能的剖析•展望未来27展望未来•SSD的性能在当前应用环境下并未得到完全的体现•如今的应用程序和操作系统大多针对HDD开发•消除90%的存储时间是多么完美…•…但是这种好处受应用程序和操作系统的制约•未来，应用程序和操作系