Cộng đồng công nghệ đang tích cực tranh luận về kích thước khối tối ưu cho hiệu suất NVMe SSD sau một phân tích chi tiết về tối ưu hóa chỉ mục tìm kiếm. Cuộc thảo luận tập trung vào việc liệu 128KB hay 256KB đại diện cho điểm ngọt hiệu suất hiện tại, với những tác động đến thiết kế cơ sở dữ liệu và hệ thống lưu trữ.
Tiêu chuẩn 128KB lịch sử đang bị đặt câu hỏi
Kích thước bộ đệm 128KB được thiết lập từ lâu đã được coi là tối ưu trong nhiều năm, với bằng chứng có từ các triển khai trong các trình quản lý tệp như Midnight Commander. Tuy nhiên, những thay đổi gần đây cho thấy tiêu chuẩn này có thể đang phát triển. Vào tháng 4 năm 2024, Midnight Commander đã tăng kích thước bộ đệm mặc định từ 128KB lên 256KB, báo hiệu một sự chuyển đổi tiềm năng trong thực tiễn ngành.
Cuộc thảo luận cộng đồng tiết lộ rằng việc định kích thước khối tối ưu không áp dụng phổ quát cho tất cả các hệ thống. Những cải tiến phần cứng lưu trữ hiện đại đã phơi bày những hạn chế thiết kế phần mềm không rõ ràng từ một thập kỷ trước. Thú vị là, một số triển khai tinh vi thực sự đang hướng tới kích thước khối nhỏ hơn thay vì lớn hơn, trái ngược với những gì các benchmark thông lượng thô có thể gợi ý.
Các Cân Nhắc Kỹ Thuật Chính
Sự Phát Triển Của Kích Thước Buffer:
- Tiêu chuẩn lịch sử: 128KB (trước năm 2024)
- Xu hướng hiện tại: 256KB (tính đến tháng 4 năm 2024)
- Yêu cầu tối ưu hóa theo từng ứng dụng cụ thể
Các Phương Pháp Tối Ưu Hóa Hiệu Suất:
- Khối lớn: Tốt nhất cho việc bão hòa băng thông và truyền dữ liệu nhất quán
- Khối nhỏ: Tốt hơn cho việc tối đa hóa IOPS với lập lịch I/O tiên tiến
- Công cụ tiên tiến: io_uring , SPDK cho các tình huống hiệu suất cao chuyên biệt
Phụ Thuộc Phần Cứng:
- Thế hệ PCIe và cấu hình lane
- Khả năng của bộ điều khiển SSD
- Giới hạn kiến trúc I/O hệ thống
Tác động kiến trúc phần cứng đến hiệu suất
Cuộc tranh luận làm nổi bật cách tối ưu hóa hiệu suất lưu trữ ngày càng phụ thuộc vào cấu hình phần cứng cụ thể và các trường hợp sử dụng. Đối với các ứng dụng tập trung vào tối đa hóa băng thông để di chuyển lượng lớn dữ liệu nhất quán, bộ đệm lớn hơn vẫn là cách tiếp cận tốt nhất. Tuy nhiên, đối với các hệ thống ưu tiên IOPS (Số thao tác đầu vào/đầu ra mỗi giây), bộ đệm nhỏ hơn kết hợp với lập lịch I/O tiên tiến trở nên cần thiết.
Tính tối ưu có vẻ như của kích thước khối lớn thường là triệu chứng của thiết kế lập lịch I/O không thể theo kịp hiệu suất của phần cứng lưu trữ hiện tại.
Hiểu biết này cho thấy rằng những gì có vẻ như hiệu suất tối ưu thực sự có thể chỉ ra các nút thắt cổ chai hệ thống cơ bản thay vì hiệu quả thực sự.
So sánh hiệu suất kích thước khối NVMe SSD
| Kích thước khối | Tốc độ truyền | Thời gian trung bình | Hiệu suất tra cứu | Tốc độ thực thi |
|---|---|---|---|---|
| 4 KB | 52.3 MB/s | 73 μs/thao tác | 0.400s | 480,000/s |
| 32 KB | 388.6 MB/s | 97 μs/thao tác | 0.188s | 780,000/s |
| 128 KB | 1.0 GB/s | 125 μs/thao tác | 0.163s | 895,000/s |
| 256 KB | 1.7 GB/s | 141 μs/thao tác | - | - |
| 1 MB | 3.1 GB/s | 374 μs/thao tác | 0.145s | 820,000/s |
Kỹ thuật I/O tiên tiến và ràng buộc thực tế
Cuộc thảo luận cũng đề cập đến các kỹ thuật tiên tiến như io_uring và SPDK ( Storage Performance Development Kit ) để tối đa hóa hiệu suất NVMe. Mặc dù những công cụ này có thể cung cấp cải thiện hiệu suất đáng kể, chúng đi kèm với độ phức tạp gia tăng và thách thức triển khai khiến chúng không phù hợp cho nhiều ứng dụng.
Đối với các ứng dụng chỉ mục tìm kiếm cụ thể, ràng buộc của việc duyệt con trỏ tuần tự hạn chế khả năng phát hành nhiều yêu cầu đồng thời, khiến kích thước khối lớn hơn trở thành giải pháp thực tế. Cộng đồng lưu ý rằng các trang 4KB có thể hoạt động tốt khi có thể có đủ yêu cầu chưa xử lý, nhưng cách tiếp cận này đòi hỏi quản lý I/O tinh vi.
Kết luận
Kích thước khối tối ưu cho NVMe SSD phụ thuộc rất nhiều vào các trường hợp sử dụng cụ thể, cấu hình phần cứng và kiến trúc phần mềm. Mặc dù 128KB đã phục vụ như một tiêu chuẩn đáng tin cậy, sự chuyển đổi hướng tới 256KB trong một số ứng dụng cho thấy bối cảnh đang phát triển. Các nhà thiết kế hệ thống nên benchmark các khối lượng công việc cụ thể của họ thay vì dựa vào các khuyến nghị phổ quát, vì lựa chọn tối ưu thay đổi đáng kể dựa trên việc ưu tiên là bão hòa băng thông, tối đa hóa IOPS, hay giảm thiểu độ trễ.
Tham khảo: Faster Index I/O with NVMe SSDs