SSD固態硬碟方案 提升企業雲端伺服器運行效能
- DIGITIMES企劃
-
中、大型企業或是網路雲端服務公司，其網站或企業內資訊服務效能的瓶頸，多半是受資料庫存取效能與儲存服務器效能所影響，若想提升資料庫回應與處理效能，光從服務器的硬體性能升級著手，實際改善效益相對有限；從資料儲存的載體進行效能改善與提升，具小檔案快速讀？寫的SSD固態硬碟方案，漸受到業界重視...
一般中、大型企業，提供企業營運的IT服務系統，動輒都會設置超過20~30部網路伺服器作為處理公司內部資訊服務應用必備設備。基本上，中型企業IT人員多半還需負責公司內部硬體設備、電腦、庶務設備維運，並無法專責深入改善儲存設備效能，常見狀況是，當公司內部網路儲存設備或資料庫服務器出現效能問題，多數改善作法多是傾向升級效能更快、容量更大的設備來進行更換。
但實際狀況是，對IT人員來說，必須在最短時間內令設備可以產生有效的效能升級，甚至是在有限預算內達到一勞永逸改善問題的系統整改效用，以便達到減輕企業營運中斷可能造成的影響。
儲存系統需在效能或容量進行重點改善
IT服務人員會嚐試升級設備服務器內部儲存系統的性能，例如，改用容量更大、速度更快的產品，但實際上機械型硬碟產品(Spinning Disk，轉動型磁碟設備)其效能表現有一定程度之極限，反而是SSD固態硬碟，可在有限預算內達到最顯著的效能提升表現。
尤其是因應企業運作的應用服務器，可能要處理企業郵件、企業財務？會計、企業產線運作等極度重要的應用型態，儲存系統的重要性不言可喻，對讀寫效能也有一定程度要求，在傳統磁碟儲存子系統的規劃方案，若以機械式硬碟方案觀察，大抵不會超過如15,000rpm以上轉速之企業硬碟，或是序列式SCSI(Serial Attached SCSI；SAS)磁碟設備，甚至利用多磁碟搭配磁碟陣列(Storage Array)方案技術特點，來倍增磁碟儲存子系統整體效能表現。
然而，以現有傳統硬碟方案來進行設備更新的實質效益有限，可能花了預算更新設備卻未能讓終端用戶感受差異——現實問題是，傳統硬碟升級方案對用戶而言最直接的感受可能僅在容量方面，因為傳統機械式結構硬碟設備之效能表現已達到極限，儲存子系統升級選項對於某些應用服務器效能改善或許有幫助，但若想透過現有內接式硬碟方案改善企業應用伺服器的效能表現，通常改善的幅度相當有限。
傳統硬碟受限於物理限制 改善效能有限
企業應用伺服器升級首要考量的問題，是直接將現有內接式硬碟拆換成速度更快的儲存媒體，但緊接著除了儲存裝置更新、磁碟控制器也須大幅更新，甚至改換如光纖或是特殊高速介面，又需面對大規模設備升級，至於原有儲存資料也必須轉換至新儲存媒體進行備份與還原。另一種儲存子系統升級選項，是改採購外部裝載型態的儲存設備，雖然升級方案相對單純、直接，但設備成本會比內接式方案要貴許多。
至於終極方案，可以將多部企業應用伺服器的儲存需求共用SAN(Storage area network)儲存區域網路設備，但SAN方案成本高昂，複雜度也相對較高，如果升級目的僅是改善重點應用服務器的效能表現，那為此導入SAN則顯得過於舖張浪費。
上述幾種作法最大問題在於不能保證提升伺服器的實質效能，尤其單純將傳統硬碟(HDD)更換為速度略快的硬碟時。同樣地，外部儲存解決方案也可共用和升級，不過若其中採用的儲存技術仍然是機械HDD，在效能方面仍有所限制。而就中小型企業繁瑣的小型資料讀取應用而言，導入固態硬碟技術方案可助提升整體效能，尤其是繁瑣的小檔案資料庫存取，對於效能改善可呈現相對直接顯著的效用。
改用企業級SSD 效能整體改善更全面
若不採行傳統硬碟來達到讀寫效能升級，目前最佳解決方案改用內接式SSD，來為現有企業應用服務器進行最直接的升級手段，尤其是現有應用服務器面對的問題多半不是容量困擾，反而多數企業的困擾會是應用服務器效能問題會更多一些。
導入SSD好處相當多，最顯著的改變即是讀寫效能大幅躍進式提升，尤其在每秒輸入？輸出運作(IOPS)重點績效提升，SSD的表現相當亮眼，完全不用採行磁碟陣列的擴充型態就能達到近似效率提升效果，反而是傳統硬碟型態設備需透過磁碟陣列來超越物理極限表現，至於SSD儲存裝置只要換裝就能直接改善！
加上SSD為IC產品無機械結構，運作耗能低，儲存體本身也發熱極低，對於企業機房有限空間換裝需求，並不會形成更新設備的障礙。尤其是一般採15,000rpm SAS傳統硬碟，其每秒輸入？輸出運作約350~400 IOPS，其表現已是一時之選，但若是現有SSD成熟企業級應用方案，其每秒輸入？輸出運作約在10,000~18,000 IOPS，這尤其對於資料庫型態的應用服務器，SSD改善磁碟讀寫效能的幅度相當顯著。
針對小型檔案存取效能提升 SSD扮演重要角色
檢視應用服務器的使用型態，會發現出現磁碟讀寫效能瓶頸，大多是發生在低於4K的小型資料讀寫方面，尤其是企業用戶利用應用服務器進行查詢電子郵件、提交交易資料、更新資料庫內容等瑣碎操作項目時，應用服務器頻繁產生大量的小檔案讀寫、處理。
若是在傳統旋轉式磁碟設備，實際運行流程會事先至檔案分區表取得資料實際存在的磁軌位置，再驅動讀取臂至對應磁軌位置上，透過高速旋轉磁碟片與讀取臂取得區塊資料後再從中擷取所需資料！試想，若是大量小型檔案都是透過此機制取得資料，儲存設備機械結構效能反而是整體讀寫效能的瓶頸。相同的應用場景換到SSD儲存方案，因為讀寫完全毋需透過機械結構，可直接對應到儲存位置取得所需資料，其讀寫效能才可有躍進性的大幅改善。
雖然SSD儲存裝置仍有元件上的應用限制，例如成本相對較低的MLC(Multi-level cell)儲存元件會有讀寫次數壽命問題，即便是SLC(Single-level cell)也同樣有近似問題，僅是SLC壽命高於MLC，但SSD技術在控制晶片持續改善，與平均抹寫技術(Wear Leveling)整合，讓SSD產品表現可以相對在穩定性與壽命表現上大幅改善，加上讀寫效能大幅進步，已具備改善應用服務器效能升級要求。
看好SSD效能優勢，已有相關技術針對SSD優勢為服務器儲存效能改善提出多種應用改善方案。例如，在服務器升級應用方面推出PCIe高速介面SSD磁碟升級卡，透過PCIe介面安裝，即可在不更動原有旋轉磁碟式硬碟前提下輕鬆增設SSD應用磁碟，IT人員可以將服務器的架構略微調整，讓傳統硬碟處理原有大型檔案儲存、備份用途，至於需經常性大量頻繁讀寫的資料庫，則部署在SSD磁碟擴充卡上，達到效能、容量兼具的擴充效益，尤其是需頻繁讀寫的日誌、分頁檔改置放於高速SSD，對系統整體磁碟應用效能將有大幅改善效用。
