I/O瓶颈：数据存储的最大威胁

数据存储已经成为企业应用中的一个薄弱环节，如果厂商不重视这方面的话，这项技术将面临着脱节的危险。I/O栈没有与硅芯片的升级更新保持一直步伐，最终它将有可能被像相变内存（承诺提供对数据的自由访问）这样的新技术所取代。

问题很简单：内存带宽和CPU性能的增长速度远远高于磁盘和总线性能以及磁盘通道速度的增长，再加上I/O接口（POSIX）的限制，结果只能是随着时间推移I/O瓶颈越来越严重。

回顾过去五年存储领域不同板块的性能增长，我们可以看到一些明显的趋势：

·内存带宽：Intel提供的内存带宽从2004年的4.3 GB/s增长了9.3倍到现在的40 GB/s，AMD提供的内存带宽也从5.3 GB/s增长了4.8倍到25.6 GB/s。

·CPU性能：根据摩尔定律，晶体管数量每18个月就会翻一番，那么这就意味着性能至少要增加10倍多（而事实并非如此）。

·PCIe总线：PCI总线的性能从2004年每个通道的250 MB/s增长到2008年每通道500 MB/s，明年有望超过1 GB/s，增长2倍（很快将达到4倍）。

·每磁盘通道速度：从4Gb光纤通道到6Gb SAS增长了50%。

·SATA磁盘性能从68 MB/s增长到84 MB/s，而光纤通道/SAS从125 MB/s增长到194 MB/s，光纤通道/SAS的增长速度近似于每磁盘通道速度，而SATA只增长了大约24%。

·磁盘密度：光纤通道/SAS的磁盘密度翻了一番，从300GB增长到600GB，而SATA则从250GB增长到2TB，增长了8倍。

正如你所看到的，磁盘通道速度和性能以及PCIe总线落后于CPU和内存带宽性能。这意味着，访问数据的速度远远跟不上处理数据的速度，POSIX无法判断什么是重要的，或者无法定义服务质量，随着其他选择的出现，可能影响存储网络性能的问题也涌现出来。

数据访问速度在系统中的任何位置都没有提高，不管是PCIe、存储通道还是磁盘驱动器。唯一的例外就是固态盘，尤其是SLC固态盘。五年前没有哪项技术能够与这些驱动器匹敌，但是它仍然受到通道速度（目前为6Gb SAS或者每通道768 MB/s）的限制。

POSIX：问题的一方面

我看到的一个问题是，在应用和存储之间我们有一个最小界面。我们所拥有的是标准POSIX控制，打开、读取、写入和关闭以及其他一些系统调用命令。没有方法提供关于文件使用情况的信息；例如，你可能希望得到一个表明文件将被连续读取的提示，或者关于一个文件可能被复写的提示。可能会有很多潜在的提示，但却没有一个提供这些文件提示的标准方式，尽管有些文件系统使用非标准的方法，但是接口只是问题的一个方面。真正的问题是，存储性能远远落后于系统性能，这使得存储更难以使用，从而让它不再适用于实际使用。我认为性能落后是有很多原因的，不过其中有几个比较主要的：

·设计内存的PCIe总线接口是很困难并耗费成本的一件事，而且将很多PCIe与内存连接会大幅度提高系统的成本

·因为PCIe总线性能与CPU和内存升级更新是不同步的，那么为什么我们需要更高的通道性能呢？

·磁盘驱动器接口使用的技术和通道是一样的，因此通道的性能不会提高太多

这个问题困扰了我很长时间。我总是不断问自己，为什么这个情况没有改变，最后我总是得出相同的原因：在存储方面提高性能是很难又耗费成本的。在这里或者那里作出一个变动并不能改变整个数据路径的性能。简单的瓶颈分析就可以证明这一点，因为即使改变了所有，但如果漏掉一个组件意味着仍然存在瓶颈。从PCIe总线到设备，再到这之间的一切（包括软件界面）都需要通过改变来提升性能。没有哪家厂商可以做到这一切。没有人会搭建一个非标准的环境，因为设计成本太高，而市场规模太小。

现在有很多厂商开发基于PCIe闪存的存储设备，这种设备解决了通道接口问题和一些性能问题。至少从目前来看，这种设备的成本对于消费级市场来说过高了，而消费市场是否青睐这种技术决定着是否向存储市场扩展。即使是这种设备，PCIe总线仍然是一个性能瓶颈，这方面现在以及未来都不太可能有太大的改善。

有一项技术所要求的带宽远远超过了PCIe，那就是固态盘。目前固态盘的读取速度超过500MB/s，大约是一个SAS通道的65%；对于SATA驱动器来说，它的峰值性能可以达到105MB/s，大约是SATA通道的14%，对于SAS驱动器来说，它的峰值性能可以达到194MB/s，大约是SAS通道的25%。现在最底线是，它不会占用太多的磁盘驱动器用于一个SAS驱动器。在光纤通道问世早期，也就是1998年，一个双光纤通道环可以支持9个磁盘驱动器的I/O。现在，企业驱动器的2个6Gb SAS通道可以支持少量SAS驱动器，所以一直没有太大改善。现在我们刚刚达到6Gb SAS技术水平，大多数RAID系统仍然使用的是3Gb技术，这意味着使用目前最快的SAS驱动器可以支持大约1.9个驱动器。