测试探究SSD固态硬盘性能下降的谜题

IOzone测试介绍

IOzone是最流行的吞吐量基准测试工具，部分原因是因为它是开源的，是用很朴实的ANSI C编写的(我没有讽刺它的意思)，也许更重要的是它能执行一些不常见的基准测试，它支持单线程，多线程和多客户端测试。IOzone的基本思想是将给定的文件分解成记录，记录以某种方式写入或读取，直到达到文件大小，因此IOzone可以执行许多种类的测试，本文将用到下面这些测试类型：

　　写

　　这是一个相当简单的测试，模拟写入新文件。由于需要为文件创建新的元数据，大多数时候，写入新文件的速度要比重写现有文件要慢。使用指定长度(可由用户指定，也可由IOzone自动指定)的记录写文件，直到达到文件总长度。

　　重写

　　这个测试和写测试类似，但测试的是已存在文件的写入性能。由于文件已经存在，元数据也就创建好了，因此重写性能普遍要比写入性能要好。它首先打开已存在的文件，将文件指针置于文件的开头，然后使用指定长度的记录写入到打开的文件描述符，直到达到文件的大小，最后关闭文件，更新元数据。

　　读

　　这个测试读取已存在的文件，它读取整个文件，一次一个记录。

　　重读

　　这个测试读取最近读取过的文件，它非常有用。因为操作系统和文件系统会在缓存中保留最近读取文件的内容，因此重读的性能也要好于读取的性能。但如果文件的大小远远大于缓存，则重读的效果并不佳，因为缓存装不下整个大文件，最终还是要从磁盘上寻找文件对应的存储块。

　　随机读

　　这个测试随机访问文件中的任意位置。它的性能受多种因素的影响，包括操作系统缓存，磁盘数量和它们的配置，磁盘寻道延迟，磁盘缓存等。

　　随机写

　　随机写测试是测试随机写入文件任意位置时的性能，文件始终处于打开状态，直到写满文件。

　　反向读取

　　这是一个特殊的文件系统测试，它反向读取一个文件，如MSC Nastran（著名的有限元分析软件）就会反向读取文件。部分文件系统和操作系统不能检测到这种访问模式，因此也无法提高访问性能。在这个测试中，打开一个文件，文件指针向前移动一个记录，读取文件时就需要向后读取一个记录，然后文件指针又向后移动两个记录，依此类推，完成文件的读取的操作。

　　改写记录

　　这个测试是测试写和重写文件中的一个特殊点时的性能。这个测试非常有趣，因为它可以突出文件系统和/或操作系统内的“热点”功能。如果热点足够小，可以适应各种缓存大小，如CPU数据缓存，TLB，操作系统缓存，文件系统缓存等，那么性能将会非常好。

　　跨越式读取

　　这个测试以一种跨越式方法读取一个文件。例如，你可以先零偏移读取长度为4KB的文件内容，然后向前搜索200KB再读取4KB的文件内容，再向前搜索200KB，依此类推。按照相同的跨度向前读取，两次读操作之间的距离(这里是200KB)叫做步幅，如果步幅和RAID条带配置不一致，就容易产生性能问题。

　　fwrite

　　这个测试是测量使用库函数fwrite()写入文件的性能。fwrite()是一个二进制流函数，一般情况下，它执行的是缓冲区写入操作，缓冲区位于用户空间(不属于系统缓存)。这个测试首先在用户空间缓冲区中创建记录长度大小的缓冲区，然后写入到磁盘，重复这个动作，直到整个文件创建好。这个测试和创建一个新文件的写入测试类似，关键还是看元数据的性能。

　　frewrite

　　这个测试和fwrite类似，但它测试的是库函数frewrite()。理想情况下，它的性能应该比fwrite要好，因为它使用的是现有文件，不用担心元数据性能。

　　fread

　　这个测试是测量库函数fread()读取文件的性能。它打开一个文件，以记录长度将文件内容读取到用户空间的缓冲区中，重复这个操作，直到整个文件全部读入。

　　freread

　　这个测试和reread测试类似，但它使用的是fread()库函数，它读取最近打开的文件，因此可以使用文件系统或操作系统的缓冲区提高读取性能。

虽然还有其它测试选项，但这里列举的已经够多了基本上覆盖了大部分应用程序的访问模式。

对IOzone来说，系统规格是相当重要的，因为它们会影响到命令行选项。特别是系统内存容量是很重要的，因为它对缓存效率的影响是很大的，如果测试集大小足够小到以匹配文件系统/操作系统缓存(或部分)，结果可能会完全不一样。例如，在只有1GB内存的系统上和在有8GB内存的系统上运行相同大小的测试集，其结果会有很大的差异。

在这篇文章中，缓存的影响是有限的。如果运行非常大的测试集，并强制操作系统消除几乎所有缓存？缓存影响是不能完全消除的。减少缓存影响最好的办法是使文件比主内存更大，这里选择的文件大小是16GB，相当于主内存的两倍，我们是根据以往的经验和网上流传的一些说法选择的。

我们测试了四种记录大小：1MB、4MB、8MB和16MB，总文件大小为16GB，因此分别有16000、4000、2000和1000条记录，执行测试的命令如下：

　　./IOzone -Rb spreadsheet_output_1M.wks -s 16G -r 1M > output_1M.txt

　　The command line for the second record size (4MB) is,
　　./IOzone -Rb spreadsheet_output_4M.wks -s 16G -r 4M > output_4M.txt

　　The command line for the third record size (8MB) is,
　　./IOzone -Rb spreadsheet_output_8M.wks -s 16G -r 8M > output_8M.txt

　　The command line for the fourth record size (16MB) is,
　　./IOzone -Rb spreadsheet_output_16M.wks -s 16G -r 16M > output_16M.txt