淺談存儲負載應用類型和特點

部署存儲系統時，經常需要綜合評價工作負載，從而進行存儲系統的調優。本文簡單總結了幾個典型的工作負載及其特點，方便在系統調優時做一些參考。

通常情況下，我們大多數人都會考慮如下幾個方面：

IOPS：I/O速率

Latency：時延

I/O Size：I/O塊大小

R/W Ratio：讀寫比

R/S Ratio: 隨機順序比

但是我們經常忽略以下幾個方面：

Cache Hit Ratio：緩存命中率，基本上指的是讀緩存的命中率，因為寫操作基本上都會先寫到寫緩存上。這個參數將會影響系統的響應時間。

Write Efficiency：寫效率，指的是一塊數據在落盤之前，被重複寫的次數。在一些資料庫應用的負載中，有時候數據剛剛被寫入，繼而又會被讀出來，然後再修改，如此反覆多次。

典型OLTP負載型應用

Online Transaction Processing聯機事務處理過程, 是前台接收的用戶數據可以立即傳送到計算中心進行處理，並在很短的時間內給出處理結果。 例如銀行的存取款業務，股票交易業務等。 其負載特點是IO size在16k以下，讀比例在70%左右，緩存命中率在20%以下，隨機比例大於50%。

90% read, 8 - 16 - 32 - 64 KB blocks, 30% sequential, 30 - 40% cache hit

80% read, 16 - 32 - 64 KB blocks, 40 - 50% sequential, 50 - 60% cache hit

Microsoft Exchange Server負載型應用

Exchange的負載類型與OLTP很相似，最大的差異在IO size上。其IO size最大可到128k，寫比例可達60%。因此在考慮此應用時，要在OLTP的基礎上適當加大IO size和寫比例。更加詳細的介紹可參考微軟官方文檔：http://technet.microsoft.com/en-us/exchange/dd203064

順序讀寫負載型應用

此負載類型最典型的就是在磁帶系統中用到，當然機械硬碟和快閃記憶體系統中也會碰到。由於讀寫是順序的，因此在數據的預處理和緩存上可以達到很好的優化，而且IO size也會比較大，在256k甚至更大。順序讀寫的應用，其實對響應時間要求不高，IOPS也要求不大，反而是對系統帶寬有較大的要求。因此測試此類應用時，應該著重測試系統的帶寬。以下幾個場景中比較符合順序讀寫的負載類型：

備份/恢復

資料庫日誌

批處理應用

文件服務

網頁服務

流媒體服務

圖像應用

批處理型負載應用

此類型屬於混合型讀寫，需要同時保證隨機，間斷順序，純順序，和分類型讀寫數據類型。數據塊大小偏大，大約在128k-256k。讀寫比例將近1:1，相同的卷出現同時讀寫的比例較高，需要較大的IOPS，和保證一定的帶寬。

緩存友好型負載應用

可以用緩存命中率來衡量一個應用是否屬於緩存友好型負載，但這並不是很容易，因為一個應用可能在運行中不斷的改變其特點。例如資料庫中，當用戶使用數據時，就是緩存友好型，因為資料庫會將用戶的載入到緩存中；但當跑批處理或者生成報告時，數據的訪問變得非常隨機，此時就屬於緩存不友好型。

簡單的識別方法是分析數據的訪問的隨機性，一般而言，隨機訪問的緩存命中率比較低，可以近似為緩存不友好型。順序性的負載基本上是緩存友好型。還有一點是寫操作型的負載基本上也是緩存友好型，因為每個寫操作都會先到緩存，經過一定處理後，最終才集中落盤。

資料庫查詢型負載應用

這種負載也是一種典型的負載，其特點有：

較高的讀比例

較大的隨機性

較小的IO size

但現在大部分的資料庫應用都會有讀緩存的優化演算法，可以將隨機的讀寫操作最大化的接近順序讀寫，因此在測試的時候，也要加入順序讀寫操作來模擬真實負載。

資料庫日誌型負載應用

日誌系統也是資料庫必備的，主要是保證數據一致性和用於數據恢復。此類負載主要是寫操作，順序性負載，塊大小在64k左右，對IOPS和帶寬有一定的要求，但不大。因此這類應用負載是比較容易模擬和調優的。

資料庫交互環境型負載應用

這種負載類型主要出現在多個資料庫進行交互時，其主要特點有：

較低的緩存命中率

較低的讀寫比例

較高的隨機性讀

表1總結了一些典型應用：

表1 部分數據取自IBM Storage Redbook，? Copyright International Business Machines Corporation 2016.

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