高IOPS為王道！Intel Optane™ SSD完美助長vSAN效能

現今許多人已熟悉VMware vSAN儲存虛擬化軟體，知道可透過它降低儲存複雜性與成本，藉由更簡單方式來邁向混合雲及超融合基礎架構（HCI）。因此越來越多企業著手佈建vSAN，但大部人可能不清楚vSAN的Cache Device 選擇影響vSAN的效能甚鉅

事實上就vSAN而言， 使用不正確的Cache Device，會淪為「花錢砸自己腳」窘境，讓整體效能不增反減。

簡單來說，vSAN是2-Tier儲存系統，一方面以Capacity Tier達到合理的整體儲存成本，另一方面以Cache Tier將效能提升到理想目標。此乃因為，通常Capacity Tier多是便宜、大容量的儲存媒體，既然便宜，效能難免稍低一些，企業若不想屈就於低效能，即需透過Cache把整體IOPS及整體效能拉上來。

一直以來許多人都有迷思，認為須以「容量」為選擇Cache Device的先決條件，因為若容量太小，很容易寫滿，達不到Buffer效果；但其實應以「效能」作為選擇依據，尤其需要優先挑選4KB隨機寫入（Random Write）性能越佳的磁碟。例如在4KB 隨機寫入 IOPS經實測高達115萬的Intel^® Optane™ SSD DC P5800X，便是理想選項。

4KB隨機寫入效能落差，竟有如天壤之別

Intel與VMware合作關係向來緊密，VMware全線產品皆支援Intel PMEM（Intel^® Optane™ Persistent Memory）的Memory Mode、App Direct Mode，及Intel^® Optane™ SSD。

綜觀Intel^® Optane™ SSD產品線，包括第一代的P4800X、第二代的P5800X，它們分別採用PCI 3.0、PCI 4.0架構，而PCI 4.0每條通道的傳輸速率從1GB/s倍增為2GB/s，使後者的效能得以遠勝前者。以P5800X而論，序列讀取／寫入（Sequential Read／Write）的頻寬依序為7.2 GB/s和6.2 GB/s，看來非常高，但觀察其他新一代NVMe NAND SSD，其實相去不遠，所以真正的重點並不在此，而在於4KB 隨機讀寫、特別是「隨機寫入」這個部份。

為何需要重視4KB隨機寫入效能？因4KB為最小Size，要讓一般磁碟按照這麼小的容量、頻繁隨機寫入，猶如「要了它的命」，很難展現理想效能。但這個難以突破的罩門，往往是拖垮整體系統效率的癥結，因此我們必須重視這項環節，挑選能在「逆境」中維持好表現的儲存媒體。

以某款高市佔率的NVMe NAND SSD為例，4KB隨機讀取IOPS達到130萬與Intel^® Optane™ SSD P5800X的150萬相比，幾乎並駕齊驅；但在4KB隨機寫入IOPS部份，NVMe SSD僅21.5萬，相較P5800X的115萬落差甚大，可見4KB隨機寫入是最能突顯不同儲存媒體優劣勢的關鍵。

為貼近真實使用場景，我們以4KB隨機讀寫混合工作負載為前提進行效能測試。若以Intel^® Optane™ SSD P5800X、Intel® SSD D7-P5600（NAND）不同磁碟做比較，後者一旦承受混合工作負載，隨著寫入比重自0%、20%、40%…逐步提高，IOPS也從一開始100萬持續下滑，反觀Intel^® Optane™ SSD P5800X卻能從起始的IOPS 150萬，一度衝上200萬高點，並在200萬上下停留很長時間，直至隨機寫入比重漲升至80%以上才開始徐徐減緩。以過程中的「70R／30W」，兩者IOPS效能的差距便高達3.7倍。

何以隨機寫入對效能衝擊甚大？係因一般NAND寫入過程涉及垃圾收集、Housekeeping等作業，一般NAND易因這些繁雜程序而被操壞，故會將資料集中到某一個程度後、再往下寫入Media，以減緩被寫壞的風險，但效能表現就因而滑落。相形之下，Optane™ SSD沒有類似顧慮，故能展現較為優異的性能。

大容量SSD勝任快取？誤會一場！

考量隨機寫入的執行效率較差，但若未審慎處理，恐有資料丟失之虞，故眾廠所設計的處理順序，都優先進行寫入，然後進行讀取。以致在大量寫入壓力下，多數磁碟的讀取反應速度越來越慢。這點對於vSAN的Cache配置效果，足以帶來重大影響。

假設有一個傳統虛擬化環境，許多VM以大約10GB/s的吞吐量隨機寫入資料、等同250K IOPS (4KB block size)；因此底層只要配置3顆各具IOPS 110K能力的磁碟，便足可維持正常運作效率。

今天若將環境升級為vSAN，即需在VM、Disk中間增闢Cache Tier；若用戶執著於容量迷思，即會選用容量較大、但性能一般的SSD作為Cache。

假設最終選用的Cache Device，僅IOPS 120K水準，等同480MB/s吞吐量，顯見在處理速度上不進反退。更麻煩的是，Cache不僅需承受VM寫入的資料，還肩負Destage任務、把資料往下寫進Capacity Tier磁碟，所以它的IOPS能力必須一分為二，例如形成「60K+60K」，同時間還礙於「先Write後Read」的工作順序，迫使讀取請求嚴重塞車。可想而知，這個不正確的Cache配置，形同以60K馬力的車承載250K重量的人，上下嚴重不匹配，完全無助拉升效能，連帶拖垮讀取效率，造成vSAN工作負載陷入龜速運行窘態。

上述僵局，僅需將Cache換置成Intel^® Optane™ SSD即可迎刃而解。一來，P5800X在4KB Random Write的IOPS高達逾115萬，遠超過多數vSAN環境的基本效能需求；二來，Optane™ SSD同時處理讀寫請求，縱使承受大量寫入，也不會讓讀取被迫排隊，因而可確保vSAN環境恆常維持快速、低延遲、高穩定性優勢。

看到這裡，你也許好奇，許多人對於Cache配置「應以大容量為宜」的認知，究竟從何而來？其實與「Drive Writes Per Day（DWPD）」耐寫度有關。VMware建議，為避免vSAN的Cache輕易被「寫死」，假設用戶採用DWPD為10的磁碟，應備妥1.6TB總容量才足夠耐寫。

由於一般機器有兩個Disk Group，因此基本容量就是800GB。惟大家有所不知的是，耐寫度其實只要足夠即可，如Intel的P5800X，DWPD高達100，使安全容量需求驟降為80GB即可，超過此數便代表跨過耐寫門檻。

因此若以400GB容量的P5800X，與他牌1.6TB NVMe SSD，依vSAN整體運作效能進行PK，仍取得壓倒性勝利。足見天下武功、唯快不破，快取速度才是王道，容量大小並非左右vSAN效率高低的關鍵。