2018/04/27

存储极客谈“SPC-1负载分析与AFA寿命评估”

唐僧

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企业存储界公认的SPC-1 Benchmark读写比例是多少、I/O大小如何、都是随机访问吗？以该测试成绩来估算闪存阵列的SSD寿命是否合理？有没有更好的办法？且听我们细细道来……

在《存储极客谈“如何绕开一堆复杂技术参数评估SSD寿命”》一文中，一方面我们讨论了最直观的闪存写寿命指标——DWPD，以及由此而建立起来的企业级SSD等级体系；另一方面根据某份SPC-1测试报告中的SSD型号，查询出其DWPD水平并归类到读密集型SSD。

接下来就是如何评估典型应用负载？对应的闪存阵列SSD应该怎样配？我们有哪些建议

SSD磨损速度：SPC-1只代表极限负载

首先，SPC-1作为一款性能Benchmark测试，肯定是跑到满负载。那么它的IOPS成绩中写入占到的比例有多大，数据量又是多少呢？

这部分资料引用自《SPC BENCHMARK 1/ENERGY™ EXTENSION (SPC-1/E™) OFFICIAL SPECIFICATION》。SPC-1的工作负载由3个ASU（应用存储单元）组成，分别为Data Store、User Store和Log/Sequential Write（日志/顺序写）。可见真正贡献随机IOPS性能的是前两者，也就不难理解有成绩较高的系统ASU-3只用了少量机械硬盘。

在每个ASU上又运行数量不等的I/O Stream，根据下表拿ASU-2的参数类型和值举例进一步分析。

结合红框标出的一项Read fraction——读I/O所占的比例，下面列出的完整IOPS测试结果就更好理解了。另一项Transfer size（512 byte blocks）如果是8，应该代表I/O大小为4KB；SMIX则是按照一定比例的混合块，经计算其平均I/O大小为14.4KB。

如上图，112,476（实际应该是112,479？）这个IOPS值是由一系列读写测试结果叠加而来。混合读写负载可以理解为总共44,358随机读IOPS、36,503随机写IOPS，以及31, 608顺序写IOPS。可见SPC-1测试的写操作比例并不低。

由于是评估SSD寿命，这里我们只需要关注写IOPS，并由此计算出每秒写入数据量。

(1967+15797+11814+1416+5509)*4 + 31608*14.4

=601167.2 KB/s ≈ 587 MB/s

如果长期保持这种写入压力，阵列每天总写入量达到48TB，按照测试配置6个SSD平均写入约为16TB。这里考虑了RAID 1镜像的写惩罚为2，如果RAID 5或者RAID 6，此处计算最差的随机写惩罚应分别按照2和3来计算，而不是通常的4和6，因为我们讨论的是写入寿命，由RAID而引发的读I/O在这里不用考虑。

参考资料：戴尔技术文档《Briefing on how to leverage DPACK’s Average Daily Writes value to calculate SSD durability》

折算下来，每个480GB SSD每天写入达到36遍（也就是DWPD=36）——毕竟SPC-1的目的是为了测性能。我们设想一下，如果换成DWPD=10的1600GB混合用途或者写密集型SSD，配置12个（保持RAID 1）大约可以坚持9年的闪存寿命（或者24个800GB也是如此），只是更换SSD之后SPC-1测试成绩很可能会有提高。

同时有必要指出，真正的生产存储7x24常年平均IOPS能超过11万，写入达到587 MB/s的比例有多大？确实有金融交易系统结算批处理的日志生成量达到上GB/s，而那种级别的应用通常会选择EMC VMAX、XtremIO等高端阵列，对应的SSD数量也会更多。作为一款中端存储戴尔SC4020性能上已经不弱，那么它支撑的应用负载通常是多大呢？

Dell Storage SC4020

典型OLTP环境：

读写混合20,000平均IOPS

我们再假设另外一种情况，按照典型的OLTP工作负载，模拟Oracle 8KB I/O大小，如果某存储系统在读/写比例80% / 20%情况下年平均IOPS——20,000（峰值可能要高得多），可以计算出每天写入量约为2.7TB，折合6个480GB SSD每天大约写入2遍。

如此则SC4020跑SPC-1测试的配置即可满足5年生命周期，即使换成DWPD=1的读密集型SSD，增加单盘容量或者数量也可以轻松应付，例如：使用1.92TB SSD。接下来要考虑的就是数据量（包括当前数据量和增量），还有混合负载的情况。

数据量这个计算起来比较简单，6个480GB SSD只是一个起步配置，容量增加的同时闪存寿命（可写入量）也会成正比提高；对于混合负载，一台阵列同时跑OLTP和其它业务（比如VDI）该怎么规划呢？如果要求较高的服务质量，我们建议将不同业务跑在由不同SSD组成的多个RAID存储池中，一旦峰值I/O压力超出阵列控制器的处理能力，则可以考虑换成更高端的型号，比如SC9000等。

根据资料，Dell SC9000的控制器硬件应该基于最新一代的PowerEdge R930服务器平台，每控制器两颗3.2GHz 8核Intel Xeon（至强）处理器。Dell SC4020控制机箱的设计更加紧凑，每控制器配置一颗4核Xeon CPU。

轻松获得当前系统及应用目标的写入量

在理清了由存储写入IOPS/容量来计算SSD配置的方法之后，还剩下一个问题——如何获得应用负载需要达到的写入量？

有的存储厂商提供了相应的工具，能够收集主机端性能信息，以此协助存储解决方案的规划和选型。比如我们在《【工程师笔记】第三期：如何评估应用的存储性能需求？》一文中介绍的戴尔免费增值工具DPACK，“能够对用户的存储过程进行拆分分析——包括应用下发到存储，以及存储设备自身的处理两部分。以判断在存储不成为瓶颈的情况下，应用能够跑多快。所收集的数据会生成专业报告（涵盖多种不同语言），客户可以更好了解自己的环境，基于报告做出最佳的业务决策。”

除了性能数据，DPACK还能报告当前数据总量和每天的写入量，帮助用户评估存储容量的增长目标。