采用PCIe固态硬盘技术提高数据库性能
2014-05-11刘波
刘 波
（中国铁道出版社，北京 100054）
众所周知，数据库系统往往是许多计算机应用系统的重要支撑，对于交易采购、企业资源计划（ERP）等结构化数据类型应用讲，数据库的访问性能往往构成了整个系统中较难解决的性能瓶颈，因此，数据库性能的提高将会显著提高整个系统的处理能力。
提高数据库的访问性能一般是从硬件与软件2个方面进行，硬件方面侧重于尽量提供足够高的传输率，包括连续传输率和随机传输率，软件方面则侧重于尽量充分利用给定的传输率。随着数据存储技术的不断发展，以flash芯片为存储介质的固态盘数据存储技术应用，逐渐由消费领域深入到企业级应用。本文通过对某型PCIe接口固态硬盘与传统磁盘存储阵列（RAID）进行的对比试验，提出了使用PCIe接口固态硬盘作为存储介质，提高SQLServer数据库性能的一种技术途径。
1 试验环境
硬件：DELL R900服务器；Intel Xeon E73204颗CPU，主频2.13 GHz，内存64 GB，4个8倍速PCIe接口；
软件：W indows2008 Server 64 bit操作系统，SQL Server2008 64 bit数据库。
2 试验设备
分别对1块插入8倍速PCIe接口的PCIe固态硬盘及由5块光纤接口硬盘RA ID5模式构成的4 GB 光纤通道EM C CX 3-20存储阵列进行性能对比试验。
3 试验方法
使用CrystalDiskM ark3_64 bit软件，分别试验连续读写、随机读写，2种模式下的传输率，试验5次，取平均值，并推算出每秒进行读写操作的次数（IOPS），另选择了HD_Tune_Pro试验软件进行参考对比，以排除试验软件误差。同时进行了SQL Server2008数据库实际使用试验。
为排除操作系统缓存的干扰，试验中关闭了操作系统的写缓存功能。
4 试验结果
（1）CrystalDiskM ark3_64 bit软件试验结果，如图1所示。
图1 CrystalDiskMark3_64位软件试验结果
（2）HD_Tune_Pro软件试验结果，如图2所示。
图2 HD_Tune_Pro软件试验结果
（3）SQLServer数据库备份还原试验，如表1所示。
表1 SQLServer数据库备份还原试验
5 数据分析
5.1 连续传输率比较
读比率：PCIe固态盘/RAID5光纤盘=1147/205.9= 5.57
写比率：PCIe固态盘/RAID5光纤盘=647.3/224= 2.89
结论：PCIe固态盘比RA ID5光纤盘连续存取传输率有大幅提升。
5.2 随机读写传输率比较
（1）512 kB测试块
读比率：PCIe固态盘/RAID5光纤盘=952.9/55.01= 17.32
写比率：PCIe固态盘/RAID5光纤盘=644.4/96.99= 6.64
（2）4 kB测试块
读比率：PCIe固态盘/RAID5光纤盘=25.67/0.951= 26.99
写比率：PCIe固态盘/RAID5光纤盘=83.97/12.71= 6.61
结论：PCIe固态盘比RA ID5光纤盘的随机存取传输率有大幅提升，与连续存取传输率的提升比较，性能指标提升的幅度更大，最高达26.99倍。
5.3 连续读写与随机读写的差异比较
（1）PCIe固态盘差异
连续传输率对比512 kB随机传输率：
读比率：1147/952.9=1.20
写比率：647.3/644.4=1.00
连续传输率对比4 kB随机传输率：
读比率：1147/25.67=44.68
写比率：647.3/83.97=7.71
（2）RAID5光纤盘差异
连续传输率对比512 kB随机传输率：
读比率：205.9/55.01=3.74
写比率：224/96.9=2.31
连续传输率对比4 kB随机传输率：
读比率：205.9/0.951=216.51
写比率：224/12.71=17.62
结论：无论是读操作还是写操作，对于连续传输率与随机存取传输率的性能差异，PCIe固态盘都比RA ID5光纤盘的性能落差有所收窄，并且这种性能落差的收窄幅度是与数据块大小成负相关，即数据块越小，相对于RA ID5光纤盘而言，PCIe固态盘的性能提升越明显。对于4 kB数据块读操作，性能提升最高达到4.85倍。
6 结束语
连续传输率和随机传输率是衡量存储系统的重要指标。这2个指标的提高对于提升数据库的访问性能具有直接作用。从试验结果看，PCIe固态硬盘在这2个指标上都比传统磁盘存储阵列有大幅度提高，并且各指标表现更加均衡。小数据块随机传输率的提升会提高存储设备的IOPS指标，对于传统机械硬盘，IOPS指标很难大幅度提高且代价相对昂贵。通过发挥PCIe固态盘存储介质的优势，能直接提高数据库的事物处理能力，对于提高订票交易系统、ERP、数字出版系统等OTLP类应用的并发处理能力是一种高效而低成本的性能提升手段。连续传输率的提高有利于系统吞吐量的提升，可缩短数据库备份还原时间，压缩系统维护时间窗口，提高系统的在线服务能力。
