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感受固态硬盘的真正实力三款企业级SSD测试

2022-4-11 10:17| 发布者: Essence| 查看: 22436| 评论: 19|原作者: Essence

摘要：家用固态硬盘的测试内容相对简单，就是看看顺序读写，4K随机读写性能。有些朋友比较关注SLC缓存外写入速度，并对掉速现象深以为恨。实际上，固态硬盘真正发挥实力的场景是在服务器中，也就是要用到企业级固态硬盘... ...

性能测试

性能测试1：读写性能测试
在我们熟悉的Windows操作系统中，CrystalDiskMark是非常好用的SSD带宽和IOPS测试工具。只需简单调整就可以评估SSD能否达到其标称性能。

不过这一次CrystalDiskMark失灵了，Windows系统似乎在1000K IOPS左右存在一个瓶颈，无法测出DapuStor R5101应有的1750K随机读取IOPS。即便请出IOMeter也仅仅是能跑出7500MB/s顺序读取，4K随机读取IOPS依然无法体现出来。

而在Linux系统下，DapuStor R5101通过fio可以轻松跑出1800K IOPS。除了平均延迟之外，fio还提供详细的99百分位延迟信息。虽然很多Linux下的测试工具没有漂亮的图形界面，但性能与功能都比Windows下的同类软件更强，后续的测试也将以Linux系统为主。

性能测试2：ezFIO脚本测试
ezFIO是经NVM Express推荐的企业级SSD综合测试，它是一个可重复进行的稳定态性能测试脚本。在测试开始前有两次全盘容量写入的预处理阶段，帮助模拟企业级SSD的长期性能。ezFIO同时支持Windows和Linux平台，测试完成后可自动生成测试报告。以下成绩在是Linux系统下搭配fio 3.27测得。

ezFIO的长期性能稳定性检验通过稳定态随机混合读写进行，根据平均IOPS和标准差计算得出变异系数，变异系数越低说明SSD在长期高负荷使用后的性能越稳定，越不容易产生程序需要等待IO的情况（卡顿）。

DapuStor R5101 3.84TB的稳定态混合随机读写20分钟平均IOPS为460071，变异系数1.42%。

英特尔D7-P5510 3.84TB的稳定态混合随机读写20分钟平均IOPS为313174，变异系数1.60%。

三星PM9A3 3.84TB的稳定态混合随机读写20分钟平均IOPS为356543，变异系数为0.70%。

作为参照的消费级1TB SSD，稳定态混合随机读写20分钟平均IOPS为43181，变异系数为21.34%。从平均IOPS来看，消费级PCIe 4.0 SSD能达到企业级的十分之一左右，但高负载下糟糕的性能稳定性使得10块消费级SSD加起来也不能充当一块企业级SSD来使用。

三款企业级SSD的稳定性表现都非常不错，其中三星PM9A3的稳定性最佳（变异系数0.70%），DapuStor R5101的综合性能表现更好。

接下来的稳定态4K随机读写测试，又到了企业级和消费级的岔路口。消费级SSD的随机读写IOPS都建立在SLC缓存基础上，而企业级SSD则会按照稳定态标注，一个是最佳状态，一个是最恶劣条件。

测试的结果也比较符合我们的预期：DapuStor R5101 3.84TB稳定态4K随机读写符合1750K/240K IOPS标称值、英特尔D7-P5510 3.84TB稳定态4K随机读写符合700K/170K IOPS标称值、三星PM9A3 3.84TB稳定态4K随机读写符合1000K/180K IOPS标称值。对照用的消费级旗舰固态稳定态4K随机读写777K/14K IOPS，读取尚能达标，写入则比理想状态下定义的标称值低了将近40倍。

下面是稳定态4K混合读写测试，其中读取占比70%，写入占比30%。为什么要测试混合读写？读取和写入同时进行的难度远比纯读取或纯写入高，但恰恰是这种难度更高的情况更贴近实际使用。金庸小说射雕英雄传里练成左右互搏术的仅有3人，SSD要在混合读写一项上取得好成绩更是考验厂商的技术实力。

消费级SSD在自身能力上同企业级SSD有着巨大差距，能顺利跑完测试就算成功了。DapuStor R5101则延续它在纯读取和纯写入时的领先优势，以459K IOPS的成绩夺魁，领先第二名的三星PM9A3大约28%。

ezFIO脚本还提供了4K混合随机读写的99百分位延迟数据，有助于全面评估SSD在复杂高压条件下的性能一致性表现。图中将读取（左）和写入（右）延迟分开统计，横轴是延迟，越低越好，不同QD下成绩越接近越好。

DapuStor R5101 3.84TB：

英特尔D7-P5510 3.84TB：

三星PM9A3 3.84TB：

整体来看三块企业级SSD各有千秋，DapuStor和三星的写入延迟较低，但英特尔的可预期延迟范围更集中一些。

性能测试3：SNIA SSS PTS-E 2.0
SSS PTS的全称为Solid State Storage Performance Test Specification，即固态存储性能测试规范，它由SNIA存储网络行业协会制定，当前最新版本是2.0，包括针对企业级SSD的PTS-E规范以及针对消费级SSD的PTS-C规范。

PTS测试在设备而非文件系统级别进行，通俗的说就是SSD在没有分区的状态下进行。PTS测试的是SS（Steady State稳定态）性能，而非FOB（Fresh-Out-of-the-Box开箱状态即出厂态）表现。

为了使SSD达到稳定态，PTS测试需要先执行预处理，也就是我们常说的“填盘”：用随机数据写入全盘2倍容量。而后执行一系列随机写入，稳定态的判定方式为：检查测试窗口中的4K随机写入、64K R65:W35混合随机写入和1024K随机读取三项成绩，允许波动范围+-10%，确认SSD已经进入稳定态后才会继续后续测试。

接下来是对SSS PTS测试报告内容的解读。SSD PTS测试报告会展示测试平台的软硬件配置情况（包括主板、CPU、内存以及操作系统、测试软件版本等）、受测SSD的信息（包括制造商、型号、序列号、固件版本、容量、擦除方式、写入缓存开关等）、测试设定（包括数据模型、测试范围、预处理方式等等）。下图是DapuStor R5101 3.84TB的SSS PTS测试信息：

SSS PTS测试的内容包括512字节、4K、8K、16K、32K、64K、128K和1MB块大小，在0/100、5/95、35/65、50/50、65/35、95/5和100/0混合读写比例下的稳定态IOPS，并以数据表格、2D和3D图示三种形式进行展现。首先是DapuStor R5101 3.84TB的成绩：

然后是英特尔D7-P5510 3.84TB的成绩：

最后是三星PM9A3 3.84TB的成绩：

作为参照物的消费级PCIe 4.0 SSD，我们为它降低难度，选择适合它的PTS-C测试标准，测试范围从100%降低到75%，写入缓存从禁用改为启用：

即便是降低了考试的难度，这款产品依旧压力很大，毕竟现在消费级SSD突出的都是爆发力，针对家用系统盘环境极优化的SLC缓存算法，不一定适合稳定态。

为了方便对比，我们直接把PTS成绩中的数据表格拼到同一张图中：

DapuStor R5101的稳定态性能全面超越了其他对手。三星和英特尔之间的战况胶着，在512字节和4K块大小上三星有比较明显的优势，而在64K以上则是英特尔占优。消费级参照型号继续打酱油，就无需过多评论了。

性能测试4：PCMark 10盘一致性测试
PCMark 10盘性能一致性测试是Windows系统下的长期高负载测试。测试开始前有两次全盘填充过程、结束后有一次全盘填充过程，此外，每个性能降级阶段将随机写入1分钟或50GB，以先到者为准，这就使得高性能的企业级SSD有机会更快地完成整个测试。

最终DapuStor R5101以3小时37分5秒率先到达终点，三星PM9A3和英特尔D7-P5510的用时分别为4小时50分36秒和4小时55分5秒。作为参照的消费级SSD则耗时11小时41分36秒。各盘成绩对比如下：

一张盘跑上好几个小时，消耗数十TB的写入寿命，如果就只看这么一个总分成绩就太不划算了。下面我们导出详细测试数据进行分析。PCMark 10盘性能一致性测试在大量随机写入过程中掺杂了若干存储性能测试项目，其中包括代表大文件同盘内复制（混合读写）的cp2：4个ISO镜像文件，共计20GB。DapuStor R5101最快，三星PM9A3次之，英特尔D7-P5510第三。作为参照的消费级SSD一旦进入到性能降级阶段就开始打酱油了。

代表零碎小文件同盘内复制的cps2：339个JPEG图片文件，共计2.37GB。英特尔D7-P5510在这个测试中强势翻身夺得第一，DapuStor R5101和三星PM9A3分居第二和第三。作为参照的消费级PCIe 4.0 SSD除了开始阶段的亮点（SLC缓存爆发力强）之外，就没有了太多表现的机会。

代表设计应用的Photshop重负载测试psh：DapuStor R5101表现得游刃有余，英特尔D7-P5510排名第二，三星PM9A3屈居第三，但性能一致性表现的还可以。

下表为稳定态阶段Photoshop重负载项目的第99百分位延迟数据。

性能测试5：VDBench测试
VDBench是甲骨文推出的存储性能评估工具，能够支持去重和压缩等特性，我们参考PURESTORAGE的数据制作了模拟甲骨文数据库、VDI、VCI三种企业级应用负载的测试脚本，并将IOPS和延迟的关系制表。图中横轴为IOPS为IOPS（越高越好），纵轴为对应的延迟（越低越好）。iorate的原理是VDBench先以无限制的方式测一次IOPS，而后以其作为100%基准，按照curve参数中给出百分比的IOPS为目标测定延迟。

在VDBench甲骨文数据库工作负载中，DapuStor R5101 3.84TB以192477 IOPS和663us的成绩排名第一。三星PM9A3 3.84TB以116021 IOPS和1102us延迟的成绩位列次席。

VDI虚拟化桌面模拟测试，排名顺序不变：DapuStor R5101 3.84TB以195731 IOPS和646us的成绩勇夺头名，其后分别是三星PM9A3、英特尔D7-P5510。

VSI虚拟化存储模拟测试，消费级SSD直接将双手举过了头顶，这毕竟不是它该来的赛场。DapuStor R5101 3.84TB则以141327 IOPS和897us的成绩遥遥领先于其他竞争对手。

VDBench的iorate曲线功能可以方便得显示出各SSD在逐步达到其极限之前的延迟增长情况。三个测试项目的成绩排名顺序一致：DapuStor R5101、三星PM9A3、英特尔D7-P5510。

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