华山论剑：从SPEC-SFS2008认证看HDD与SSD之争

    NAS系统性能评测基准SPECsfs2008的排行榜平台上不断碰撞出激情四溢的火花。今年二月，IBM 在其SONAS系统上装载1975块HDD率先在NFS评测中夺魁，打破了HP保持近10个月之久的性能记录；三月EMC VNX5700打破常规，分别采用 436 块SSD和560 块SSD创下NFS和CIFS两项记录，除了将SPECsfs2008性能测试记录提升到60万OPS档次，同时将NAS系统性能竞争拖入到冷兵器（传统硬盘）与热兵器（SSD）较量的时代；四月初华为赛门铁克N8500使用1728块 HDD将NFS和CIFS记录再次改写，给原本已经纷纷扰扰的NAS性能领域，投下了一枚重磅炸弹。短短三个月时间内，SPECsfs基准下性能第一的头衔已数次易主，HDD与SSD在这个舞台上演着速度与激情的较量。

    然而在欣赏着这些灌装了HDD和SSD能源，通过充分调校的“F1赛车”在SPEC赛道上飞驰时，作为用户更希望了解HDD和SSD哪种能源更适合我？是否能真正满足我的应用需求？实用性和价格是不可回避的两个问题。让我们试着通过对前三甲测试结果的分析，找到一些答案。

表一：测试结果对比

性能数据解读

    首先我们要介绍一下了解SPECsfs2008基准。SPECsfs2008基准通过两种完全不同的业务负载分别度量NFS和CIFS文件服务器的性能。这两种负载是通过对数以万计实际在线运行的NFS和CIFS文件服务器的业务特点进行研究、采样和分析得出的，是对当前文件服务器应用领域各种典型应用的综合抽象，因此成为了评判文件服务器性能的权威基准。试问在NAS需求急速增长的今天，有了这样一个公信的基准作为擂台，各路豪杰怎不跃跃欲试呢？

    从测试结果来看，装载着HDD的华为赛门铁克N8500和装载着SSD的EMC VNX5700在NFS和CIFS两种基准构造的完全不同的测试场景中均有优异的性能表现，说明HDD与SSD均有足够的实力胜任不同NAS应用中的高性能需求。

SSD NAS系统看上去很美

    通过测试配置的对比，我们会发现一个很有意思的现象。华为赛门铁克和IBM 在SPEC测试中搭建的HDD NAS系统可以用豪华来形容。为了能充分发挥HDD燃料的性能，NAS引擎武装到了牙齿。不管是在节点数量、内存数量还是在硬盘数量方面，都展示着强壮的肌肉。就像两辆重型的装甲车呼啸在赛道上，在惊叹他们的性能之余，多少给人一种过度臃肿的感觉。

    采用了新型能源的EMC SSD NAS系统则显得非常的简洁轻盈，5个NAS引擎，装载240GB内存，却提供了惊人的66万OPS的输出能力，它在SPEC的舞台上飞舞。

    在测试环境的规模和NAS引擎配置简约程度上，SSD系统可谓占尽了上风。可以猜想在能耗方面SSD NAS系统与HDD NAS系统相比应该也有不俗表现。这一切看上去很美！

性能的暗战

    SPECsfs2008基准所构造的文件集的60%左右是不大小于16KB的小文件，测试过程中的读写访问70%以上的数据块不大于小于16KB，这些高强度的随机小IO访问是传统机械硬盘的噩梦SSD最擅长的，却是SSD最擅长的传统机械硬盘的噩梦。

    当需要进行机械旋转、寻道的传统硬盘遭遇性能上几十倍甚至百倍领先的“速跑健将”SSD时[i]，是否意味着必败呢？高效的缓存机制和贴合硬盘工作运转方式的IO调度算法是HDD的救命稻草制胜的关键。我们可以通过对比SPEC NFS前三甲的性能与延迟变化曲线看出一些端倪：

图一：SPECsfs2008_nfs.v3性能/延迟对比

    SPEC认证要求被测设备至少需测试出10个以上负载递增压力点下的性能，通过这些压力点的性能与延迟的变化曲线来综合评估评判产品在不同负载下的表现性能状况；此外同时，它也是有类似于一种压力测试，可以通过对系统不断加增大压力，验证系统的整体稳定性。

    曲线体现的第一个要评判因素是相同负载下的延迟的变化速率对比。平均延迟越低，说明系统处理速度越快，在性能方面也就越优异。从上图的延迟曲线我们不难看出，随着负载的增加，装载着HDD的华为赛门铁克N8500的延迟增长很缓慢，并在这场传统硬盘与SSD的龟兔赛跑中逐步超越EMC系统取得了胜利。是什么原因让传统硬盘追赶上了SSD的步伐呢？系统高效的缓存与调度机制创造了这样的奇迹！

    曲线体现的第二个要评判因素是性能延迟曲线的斜率与系统的瓶颈平滑程度对比。随着测试负载的增加，系统IO处理的平均延迟会逐渐增大。每个负载点相对于前一个负载点的延迟增长程度（两负载点间的斜率）反应了系统随业务量增大处理效率的衰减情况。当负载增加到一定程度，系统到达出现性能的瓶颈时，性能值将不会继续增加，甚至可能出现跌落；而同时延迟将会突然提升成几何级数的增加，在性能延迟曲线上呈现的就是一个出拐点。性能延迟曲线越贴近主坐标轴，曲线越平滑说明系统的性能越稳定，可继续向上拔高的潜力也越大。因此性能延迟曲线越贴近主坐标轴，曲线越平滑说明系统越稳定，性能可继续向上拔高的潜力也越大。从上图的延迟曲线我们可以看出，装载HDD的NAS系统可以与装载SSD的NAS系统同样稳定。

美丽的代价

    一个庞大规模的NAS系统的价格主要由存储介质的价格决定，我们除了能直观的从SPEC网站了解各厂商产品的性能状况之外，获得这些高性能产品需要付出的“银两”也是用户最为关心的。在此我们不妨从存储介质入手，对各厂商测试配置的价格进行了一下简单的估算。

    当前，SAS接口的SSD的价格大致在2-3万RMB左右，FC、SAS HDD的价格大致在2-3千RMB左右。按SPEC NFS基准认证前三甲测试时使用的存储介质进行估算，以如下是对比的大致结果情况：

图二：SPECsfs2008_nfs.v3认证配置价格对比

    从上图可以看出，而目前为了追求高性能，搭载SSD的系统所付出的代价是昂贵的。

遐想

    就存储介质而言，SSD以其高性能和高可靠性正在引领着存储行业的革命方向，然而，它同时也面临着面对着现阶段高成本和低容量的尴尬困境，而这恰恰是传统硬盘的长项。SSD与传统硬盘势必还会继续并存较长的一段时间，两者的较量会不断激化，NAS系统如何在维持通过高性价比的同时设计满足各种应用下用户对高性能的需求是NAS系统生产厂商不断研究的课题。是选择SSD、传统硬盘还是或者巧妙地的利用两者的优势？

    存储系统性能竞赛的硝烟还未散去，相信未来会有更多的高性能存储产品或精妙的设计通过SPECsfc、SPC这样的平台展现在大家的眼前。我们期待着不断的良性竞争，为用户带来更大的利益。让我们翘首企盼！