采用PCIe固態(tài)硬盤技術(shù)提高數(shù)據(jù)庫性能

劉 波

（中國鐵道出版社，北京 100054）

眾所周知，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)往往是許多計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的重要支撐，對于交易采購、企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型應(yīng)用講，數(shù)據(jù)庫的訪問性能往往構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)中較難解決的性能瓶頸，因此，數(shù)據(jù)庫性能的提高將會顯著提高整個(gè)系統(tǒng)的處理能力。

提高數(shù)據(jù)庫的訪問性能一般是從硬件與軟件2個(gè)方面進(jìn)行，硬件方面?zhèn)戎赜诒M量提供足夠高的傳輸率，包括連續(xù)傳輸率和隨機(jī)傳輸率，軟件方面則側(cè)重于盡量充分利用給定的傳輸率。隨著數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的不斷發(fā)展，以flash芯片為存儲介質(zhì)的固態(tài)盤數(shù)據(jù)存儲技術(shù)應(yīng)用，逐漸由消費(fèi)領(lǐng)域深入到企業(yè)級應(yīng)用。本文通過對某型PCIe接口固態(tài)硬盤與傳統(tǒng)磁盤存儲陣列（RAID）進(jìn)行的對比試驗(yàn)，提出了使用PCIe接口固態(tài)硬盤作為存儲介質(zhì)，提高SQLServer數(shù)據(jù)庫性能的一種技術(shù)途徑。

1 試驗(yàn)環(huán)境

硬件：DELL R900服務(wù)器；Intel Xeon E73204顆CPU，主頻2.13 GHz，內(nèi)存64 GB，4個(gè)8倍速PCIe接口；

軟件：W indows2008 Server 64 bit操作系統(tǒng)，SQL Server2008 64 bit數(shù)據(jù)庫。

2 試驗(yàn)設(shè)備

分別對1塊插入8倍速PCIe接口的PCIe固態(tài)硬盤及由5塊光纖接口硬盤RA ID5模式構(gòu)成的4 GB 光纖通道EM C CX 3-20存儲陣列進(jìn)行性能對比試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)方法

使用CrystalDiskM ark3_64 bit軟件，分別試驗(yàn)連續(xù)讀寫、隨機(jī)讀寫，2種模式下的傳輸率，試驗(yàn)5次，取平均值，并推算出每秒進(jìn)行讀寫操作的次數(shù)（IOPS），另選擇了HD_Tune_Pro試驗(yàn)軟件進(jìn)行參考對比，以排除試驗(yàn)軟件誤差。同時(shí)進(jìn)行了SQL Server2008數(shù)據(jù)庫實(shí)際使用試驗(yàn)。

為排除操作系統(tǒng)緩存的干擾，試驗(yàn)中關(guān)閉了操作系統(tǒng)的寫緩存功能。

4 試驗(yàn)結(jié)果

（1）CrystalDiskM ark3_64 bit軟件試驗(yàn)結(jié)果，如圖1所示。

圖1 CrystalDiskMark3_64位軟件試驗(yàn)結(jié)果

（2）HD_Tune_Pro軟件試驗(yàn)結(jié)果，如圖2所示。

圖2 HD_Tune_Pro軟件試驗(yàn)結(jié)果

（3）SQLServer數(shù)據(jù)庫備份還原試驗(yàn)，如表1所示。

表1 SQLServer數(shù)據(jù)庫備份還原試驗(yàn)

5 數(shù)據(jù)分析

5.1 連續(xù)傳輸率比較

讀比率：PCIe固態(tài)盤/RAID5光纖盤=1147/205.9= 5.57

寫比率：PCIe固態(tài)盤/RAID5光纖盤=647.3/224= 2.89

結(jié)論：PCIe固態(tài)盤比RA ID5光纖盤連續(xù)存取傳輸率有大幅提升。

5.2 隨機(jī)讀寫傳輸率比較

（1）512 kB測試塊

讀比率：PCIe固態(tài)盤/RAID5光纖盤=952.9/55.01= 17.32

寫比率：PCIe固態(tài)盤/RAID5光纖盤=644.4/96.99= 6.64

（2）4 kB測試塊

讀比率：PCIe固態(tài)盤/RAID5光纖盤=25.67/0.951= 26.99

寫比率：PCIe固態(tài)盤/RAID5光纖盤=83.97/12.71= 6.61

結(jié)論：PCIe固態(tài)盤比RA ID5光纖盤的隨機(jī)存取傳輸率有大幅提升，與連續(xù)存取傳輸率的提升比較，性能指標(biāo)提升的幅度更大，最高達(dá)26.99倍。

5.3 連續(xù)讀寫與隨機(jī)讀寫的差異比較

（1）PCIe固態(tài)盤差異

連續(xù)傳輸率對比512 kB隨機(jī)傳輸率：

讀比率：1147/952.9=1.20

寫比率：647.3/644.4=1.00

連續(xù)傳輸率對比4 kB隨機(jī)傳輸率：

讀比率：1147/25.67=44.68

寫比率：647.3/83.97=7.71

（2）RAID5光纖盤差異

連續(xù)傳輸率對比512 kB隨機(jī)傳輸率：

讀比率：205.9/55.01=3.74

寫比率：224/96.9=2.31

連續(xù)傳輸率對比4 kB隨機(jī)傳輸率：

讀比率：205.9/0.951=216.51

寫比率：224/12.71=17.62

結(jié)論：無論是讀操作還是寫操作，對于連續(xù)傳輸率與隨機(jī)存取傳輸率的性能差異，PCIe固態(tài)盤都比RA ID5光纖盤的性能落差有所收窄，并且這種性能落差的收窄幅度是與數(shù)據(jù)塊大小成負(fù)相關(guān)，即數(shù)據(jù)塊越小，相對于RA ID5光纖盤而言，PCIe固態(tài)盤的性能提升越明顯。對于4 kB數(shù)據(jù)塊讀操作，性能提升最高達(dá)到4.85倍。

6 結(jié)束語

連續(xù)傳輸率和隨機(jī)傳輸率是衡量存儲系統(tǒng)的重要指標(biāo)。這2個(gè)指標(biāo)的提高對于提升數(shù)據(jù)庫的訪問性能具有直接作用。從試驗(yàn)結(jié)果看，PCIe固態(tài)硬盤在這2個(gè)指標(biāo)上都比傳統(tǒng)磁盤存儲陣列有大幅度提高，并且各指標(biāo)表現(xiàn)更加均衡。小數(shù)據(jù)塊隨機(jī)傳輸率的提升會提高存儲設(shè)備的IOPS指標(biāo)，對于傳統(tǒng)機(jī)械硬盤，IOPS指標(biāo)很難大幅度提高且代價(jià)相對昂貴。通過發(fā)揮PCIe固態(tài)盤存儲介質(zhì)的優(yōu)勢，能直接提高數(shù)據(jù)庫的事物處理能力，對于提高訂票交易系統(tǒng)、ERP、數(shù)字出版系統(tǒng)等OTLP類應(yīng)用的并發(fā)處理能力是一種高效而低成本的性能提升手段。連續(xù)傳輸率的提高有利于系統(tǒng)吞吐量的提升，可縮短數(shù)據(jù)庫備份還原時(shí)間，壓縮系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間窗口，提高系統(tǒng)的在線服務(wù)能力。