伺服器產業掀熱潮，效能成關鍵指標
隨著雲端相關技術的成熟，業界對於伺服器架設的需求也逐年提升。除了需求數量提升，相對應的伺服器效能需求也隨之增加。若伺服器的效能沒有達到一定水準，使用者便會明顯感受到一定程度的不順暢。舉例來說：一般使用者在使用線上服務，如網路訂票或者瀏覽影音等，若伺服器因負載過大而效能較差的話，使用者便會感受到不順暢的網路體驗，甚至無法順利完成服務。
評估一台伺服器的效能，主要有幾個效能指標元件：中央處理器、記憶體、儲存裝置、網路卡等。
影響伺服器效能的關鍵：除了中央處理器、記憶體之外，儲存裝置也占了非常重要的部份，舉凡作業系統運行、資料讀寫存取，若儲存裝置速度慢，便會整體拖累伺服器運轉效能。
為了提升伺服器處理資料的效能，現今主流伺服器已普遍搭載SSD，伺服器廠商對於SSD如何挑選，除了價格以外，SSD本身的效能便是另一個重點。SSD效能評測，一般常見的IOmeter、FIO、CrystalDiskMark，可以快速的了解該SSD效能水平，但對於伺服器環境下，長時間高頻率使用性質，這類評測工具往往只能了解到表面，無法更深入了解SSD在伺服器環境下實際表現為何。
SSD效能評估：SNIA PTS是什麼？
針對SSD效能評估，SNIA(Storage Networking Industry Association) 提供了完整效能評估指引。顧名思義，該協會為提供網路相關製造行業所需的技術規範為主，協會制訂的相關規範廣泛，其中關於SSD效能評估相關規範為” Solid State Storage (SSS) Performance Test Specification (PTS)”，這項測試規範可以讓製造商與客戶，在評估挑選SSD儲存裝置效能時有所依據。雖然本規範中定義的測試規範可以應用於基於任何技術製造(RAM，NAND等)之SSD裝置，但本規範尤其在預處理(Preconditioning)和穩定狀態方面(Steady State)的重點是面向NAND相關產品。
現今主流的NAND-base SSD存取資料方式，是基於NAND-base的SSD控制器將邏輯地址(LBA)映射到NAND媒體上的物理實體NAND層地址(PBA)，並透過演算法管理，以實現最佳的NAND性能以及其壽命。SSD通過獨立於主機的SSD控制器來管理這種LBA-to-PBA映射。這些運作的總和被稱為快閃記憶體管理(flash management)。下圖顯示了SSD效能變化趨勢，對於SNIA PTS測試概念至關重要。一般情況下，剛從包裝盒中拿出來的全新SSD(FOB)，在經歷短暫的高性能期後，會隨著時間增加讀寫量後，效能下降進入轉換階段(Transition)，最後效能逐漸穩定，轉入穩定狀態(Steady State)的表現。SNIA PTS目標在確保效能測量在穩定狀態區域進行，以代表設備在一般正常工作期間的效能。下圖也能理解到，雖然不同SSD效能表現不同，但整體趨勢可以看出FOB效能最好，隨著時間持續存取，SSD會進入一個效能較低，但穩定(Steady State)的狀態。
SNIA PTS的五項重點測試概念
1. 穩定狀態(Steady State)
SNIA PTS效能測試的重點在於穩定狀態下的效能測試。為何需要蒐集穩定狀態下的效能數據，協會這邊提到兩個主因：
I. 確保不會將SSD的初始性能(FOB或Purged)視為“典型數據結果”，因為這對SSD來說為暫時效能表現，不能反映SSD在其多數運行時間下的性能表現情形。
II. 讓測試執行者能夠觀察其趨勢，如，圍繞在平均值附近的波動在某種意義上是“穩定”的，但背後可能有其他原因(NAND品質，快取等等)導致其波動較大。
2. 清除(Purge)
為了確保每次測試結果的一致性，在每次預處理和測試開始前，必須對SSD進行清除操作，以抹除SSD上所有資訊，讓SSD回到FOB狀態。若被測物SSD不支援任何清除方法，則必須在報告中記載未執行清除動作。
3. 預處理(Pre-conditioning)
預處理的目的在於促進測試過程收斂達到穩定狀態，SNIA PTS定義了兩種類型的預處理條件：
I. 無測試腳本預處理(Workload Independent Pre-conditioning)
II. 測試腳本相依預處理(Workload Dependent Pre-conditioning)
簡單來說，無測試腳本預處理使用獨立於測試腳本以外的方式進行預處理，而測試腳本相依預處理則是使用測試腳本。雖然基於測試腳本的預處理不是測試流程中的獨立步驟（它發生在每個測試的核心測試迴圈中），但它對於獲得有效的穩定狀態結果至關重要。
4. 可運作範圍(Active Range)
在不同測試條件下，SNIA PTS定義了不同的LBA定址空間，如下圖所示，可以看到左邊為全部100% LBA，右邊為75% LBA空間。
5. PTS測試流程
SNIA PTS測試流程相同(IOPS、Throughput和Latency)，至於其他特定測試流程規範已列於該章節中，這邊先不作討論，測試流程如下：
- Purge the device: 清除SSD上面所有資料。
- Run Workload Independent Pre-conditioning: 執行無測試腳本預處理(Workload Independent Pre-conditioning )的動作。一般使用128K SEQ Write 對SSD進行兩倍容量寫入。
- Run Test (includes Workload Based Pre-conditioning): 測試本體，按照測試腳本中指定的設置測試參數(OIO/Thread、Thread Count、Data Pattern等)，設置完成後，執行測試迴圈，直到達到Steady State或最多25次迴圈。根據測試的要求，累積/記錄每次迴圈中間執行過程數據。
- Post process & plot the Rounds data: 測試結果處理與繪製迴圈數據。這邊會有兩種情況：
a. 在25次迴圈內成功完成測試，假設第X次完成測試，表示該SSD已進入穩定狀態，向前推5次(X-4)的這段區間即為量測區間。
b. 在25次迴圈中未能進入穩定狀態，則可以選擇再次回到步驟3重新執行迴圈，或者直接用第25次當作穩定狀趟。
結語
本篇就SNIA PTS測試概念以及流程帶讀者導覽其中重點內容，從中也可清楚了解到SNIA PTS測試對於server SSD benchmark的重要性，有別於一般測試軟體，SNIA PTS更是透過一定時間讀寫壓力，讓SSD效能真實呈現。若要評估一顆SSD效能好壞，除了測出該SSD最大效能外，穩定狀態下的效能表現我想更具指標意義。
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