采用PCIe固態硬盤技術提高數據庫性能

劉 波

（中國鐵道出版社，北京 100054）

眾所周知，數據庫系統往往是許多計算機應用系統的重要支撐，對于交易采購、企業資源計劃（ERP）等結構化數據類型應用講，數據庫的訪問性能往往構成了整個系統中較難解決的性能瓶頸，因此，數據庫性能的提高將會顯著提高整個系統的處理能力。

提高數據庫的訪問性能一般是從硬件與軟件2個方面進行，硬件方面側重于盡量提供足夠高的傳輸率，包括連續傳輸率和隨機傳輸率，軟件方面則側重于盡量充分利用給定的傳輸率。隨著數據存儲技術的不斷發展，以flash芯片為存儲介質的固態盤數據存儲技術應用，逐漸由消費領域深入到企業級應用。本文通過對某型PCIe接口固態硬盤與傳統磁盤存儲陣列（RAID）進行的對比試驗，提出了使用PCIe接口固態硬盤作為存儲介質，提高SQLServer數據庫性能的一種技術途徑。

1 試驗環境

硬件：DELL R900服務器；Intel Xeon E73204顆CPU，主頻2.13 GHz，內存64 GB，4個8倍速PCIe接口；

軟件：W indows2008 Server 64 bit操作系統，SQL Server2008 64 bit數據庫。

2 試驗設備

分別對1塊插入8倍速PCIe接口的PCIe固態硬盤及由5塊光纖接口硬盤RA ID5模式構成的4 GB 光纖通道EM C CX 3-20存儲陣列進行性能對比試驗。

3 試驗方法

使用CrystalDiskM ark3_64 bit軟件，分別試驗連續讀寫、隨機讀寫，2種模式下的傳輸率，試驗5次，取平均值，并推算出每秒進行讀寫操作的次數（IOPS），另選擇了HD_Tune_Pro試驗軟件進行參考對比，以排除試驗軟件誤差。同時進行了SQL Server2008數據庫實際使用試驗。

為排除操作系統緩存的干擾，試驗中關閉了操作系統的寫緩存功能。

4 試驗結果

（1）CrystalDiskM ark3_64 bit軟件試驗結果，如圖1所示。

圖1 CrystalDiskMark3_64位軟件試驗結果

（2）HD_Tune_Pro軟件試驗結果，如圖2所示。

圖2 HD_Tune_Pro軟件試驗結果

（3）SQLServer數據庫備份還原試驗，如表1所示。

表1 SQLServer數據庫備份還原試驗

5 數據分析

5.1 連續傳輸率比較

讀比率：PCIe固態盤/RAID5光纖盤=1147/205.9= 5.57

寫比率：PCIe固態盤/RAID5光纖盤=647.3/224= 2.89

結論：PCIe固態盤比RA ID5光纖盤連續存取傳輸率有大幅提升。

5.2 隨機讀寫傳輸率比較

（1）512 kB測試塊

讀比率：PCIe固態盤/RAID5光纖盤=952.9/55.01= 17.32

寫比率：PCIe固態盤/RAID5光纖盤=644.4/96.99= 6.64

（2）4 kB測試塊

讀比率：PCIe固態盤/RAID5光纖盤=25.67/0.951= 26.99

寫比率：PCIe固態盤/RAID5光纖盤=83.97/12.71= 6.61

結論：PCIe固態盤比RA ID5光纖盤的隨機存取傳輸率有大幅提升，與連續存取傳輸率的提升比較，性能指標提升的幅度更大，最高達26.99倍。

5.3 連續讀寫與隨機讀寫的差異比較

（1）PCIe固態盤差異

連續傳輸率對比512 kB隨機傳輸率：

讀比率：1147/952.9=1.20

寫比率：647.3/644.4=1.00

連續傳輸率對比4 kB隨機傳輸率：

讀比率：1147/25.67=44.68

寫比率：647.3/83.97=7.71

（2）RAID5光纖盤差異

連續傳輸率對比512 kB隨機傳輸率：

讀比率：205.9/55.01=3.74

寫比率：224/96.9=2.31

連續傳輸率對比4 kB隨機傳輸率：

讀比率：205.9/0.951=216.51

寫比率：224/12.71=17.62

結論：無論是讀操作還是寫操作，對于連續傳輸率與隨機存取傳輸率的性能差異，PCIe固態盤都比RA ID5光纖盤的性能落差有所收窄，并且這種性能落差的收窄幅度是與數據塊大小成負相關，即數據塊越小，相對于RA ID5光纖盤而言，PCIe固態盤的性能提升越明顯。對于4 kB數據塊讀操作，性能提升最高達到4.85倍。

6 結束語

連續傳輸率和隨機傳輸率是衡量存儲系統的重要指標。這2個指標的提高對于提升數據庫的訪問性能具有直接作用。從試驗結果看，PCIe固態硬盤在這2個指標上都比傳統磁盤存儲陣列有大幅度提高，并且各指標表現更加均衡。小數據塊隨機傳輸率的提升會提高存儲設備的IOPS指標，對于傳統機械硬盤，IOPS指標很難大幅度提高且代價相對昂貴。通過發揮PCIe固態盤存儲介質的優勢，能直接提高數據庫的事物處理能力，對于提高訂票交易系統、ERP、數字出版系統等OTLP類應用的并發處理能力是一種高效而低成本的性能提升手段。連續傳輸率的提高有利于系統吞吐量的提升，可縮短數據庫備份還原時間，壓縮系統維護時間窗口，提高系統的在線服務能力。