存储在线上一期我们对使用IOmeter进行SSD的测试入门了。这些数据能够真正说用服户吗？用户可能会质疑测试数据与实际应用当中的落差。譬如，许多消费类SSD的随机写入的成绩比随机读还高——这显然违背了NAND Flash读快写慢的特点，背后是SLC缓存技术的影响。因此，稍微懂行的用户都会关心消费类SSD“出缓”后的性能，关心满盘时的缓存状态等等。这就是要对SSD的实际表现建立一个“正确预期”。
数据中心SSD没有SLC缓存，有没有数据“作弊”的可能呢？如果不存在出缓的说法，那么，它的真正性能如何测试出来？在这一期，我们重点讲讲如何获得可信的性能数据——其中的重点就是对SSD进行正确的预处理。
在讲预处理之前，我们先通过“混合读写”的概念，让大家理解SSD状态的复杂性。
搞懂混合读写
绝大多数存储设备在工作中是有读有写的。重点是，由于NAND Flash的特点决定，写入操作的时延比读操作要大得多。
如果有空白页，最理想的写入操作是直接对空白页编程，这通常在几十微秒即可完成。
如果没有空白页，但有已经标记为可回收的页，而且这些垃圾页还集中在一个块内，那就可以对这个块进行擦除操作，额外消耗一些时间，获得了若干空白页。随后进行写入。
如果垃圾页和有数据的页互相混杂，没有任何一个块是完全由垃圾页构成的，那就属于很倒霉的情况了，需要先做一下整理工作，把有效数据复制到其他空白页中，让原本的页标记为可回收。如此反复，直到某一个块凑满了垃圾页，再进行擦除。这样操作的复杂度很大，带来的延迟可能会达到毫秒级。
这里再补充一个小小的知识点。前面说过，若干页（page）构成了块（block），而若干块，就构成了一个NAND平面（plane）。平面是NAND进行读、写、擦除等操作的基本单位。如果需要写入的页和需要读取的页恰巧在一个平面内，通道数量再多的主控也只能依次等待任务完成，而无法进行并行操作。这可能会带来更为极端的延迟。
总而言之，如果在读的指令序列中混杂了写入操作，写操作的延迟难以一概而论，可能会让读操作队列等待很长时间。
由于消费类SSD实际应用的队列深度很浅，其实读和写操作基本上可以看做是相互独立的。另外，SLC Cache的存在也意味着多数写入是处于极理想的状态，延迟很低。因此，消费类SSD通常不需要考虑写操作拖累SSD的响应。但数据中心SSD的写操作就很难处于理想状态，需要重点考察混合读写的情况，甚至需要通过一些管理特性的改善来让数据页不要太“乱”（譬如某些形式的分区、条带操作等，这里就不做展开了）。
读和写操作混合才符合服务器的真实应用常态，至于具体的读写比例，需要根据预期部署的业务来定。根据经验，在线交易、虚拟化类的应用，读写比例大约是70:30的量级；CDN、AI等应用，是90:10。做视频点播、大数据应用的，可以不考虑做随机读写的测试，做90:10的顺序读写更为合理。相应的，我们也可以根据SSD的特点去预设其适合的应用领域，譬如DWPD为1的SSD，设计测试方案的时候，安排70:30的混合随机读写是没有错的；而DWPD小于0.5的SSD，做70:30的混合随机读写就是强人所难了，改为90:10更为合理。
获得可信的性能数据
在消费类SSD的测试文章中，大家可能会看到一种表达：在填充若干容量数据之后，让SSD静置若干时间，然后进行某某测试。这么做的目的是让SSD有机会进行垃圾回收，让SLC缓存容量尽量恢复，甚至包括降低温度，以期在后续的测试中获得更好的测试结果。当然，这不能称为作弊，因为个人电脑本来就是断断续续地工作的，连续读写大容量数据的时候并不多，进行适当的休整后进行的测试更符合真实情况。
然而，服务器的工作有峰谷之别，但很可能并没有休息的时候。因此，数据中心SSD特别关注的是在连续运行的情况下，它还能稳定地输出多少性能。用术语来说，就是需要考察SSD的“稳态”（Steady State）性能。前面曾经提到的“万秒图”可以看做是一种简易地观察SSD稳态性能的方式，这样的压力测试对于消费类产品而言是足够的，但对于容量较大的数据中心SSD并不具备普适性。稍后我们会专门介绍让数据中心SSD进入稳态的标准操作。
一个SSD在正常工作期间会经历三个阶段，参考SNIA的提法，分别是：
FOB（Fresh Out of the Box）：就是全新的、刚开封的盘。经过安全擦除的SSD也近似于FOB状态。这个时候的盘所有的页都是空白的，任何写入操作都可以直接进行编程，不需要考虑擦除、垃圾回收等操作的影响。消费类SSD的标称性能都是处于这个状态。这个阶段的测试成绩可以看做是养精蓄锐之后的冲刺，漂亮，但不可持续。
Transition：过渡或者转换状态。这个状态的性能会明显低于全新时的表现，但是又高于稳定态。不同的SSD在这个阶段的性能表现和持续时间差异较大，这与主控、固件、介质都有关系。随着技术进步，较新式的数据中心SSD会比早期的SSD更容易度过这个阶段。这个阶段可以看做是跑步期间休息了一会儿，再次跑起来的时候显得还比较轻松，但也不可持续。
Steady State：稳定态或稳态。测试成绩比之前的要低，但波动不大了，譬如连续五次测试的平均性能变化不超过20%。这是长跑的真正状态，呼吸节奏均匀，对肌肉酸痛已经麻木，配速比较稳定。随着时间持续，性能可能会进一步下降，但变化比较平缓。
对于服务器而言，SSD进入稳态后的数据才是有参考价值的。在SNIA的示意图当中，SSD需要两三百分钟才进入稳定态。事实上，我们单项测试进行预处理（Preconditioning）的时间确实需要花几个小时，甚至十几、几十小时，尤其对于容量巨大的SSD而言。但是，要获得让用户有参考价值、令人信服的性能，这种代价是必须的。
如何有效地进行预处理？
只要SSD持续测试的时间够长，SSD总可以进入稳定态的——“万秒图”不够的话，那就搞“十万秒图”？真这样干就显得很盲目啊！
说到蛮干，嘿嘿……其实……我把预处理放在IOmeter的测试方法后面才说，是有“险恶用心”的。前面我教了大家把读啊写啊的测试项一股脑堆到任务列表里，甚至教大家逐次增加队列，测试总量很容易就堆积出来了。虽然每个测试也就10分钟而已，但任务多啊，这一通组合搞完，几个小时甚至几天就过去了。然后，发现数据不太可靠，这……大腿都得拍肿了！
所以，我们应该提前进行有意识、有效率地操作，让SSD尽快进入稳态。这个过程就叫做“预处理”（Preconditioning）。
预处理的本质就是确保把NAND Flash的所有页填满（垃圾）数据，让SSD的所有写操作都在相对低效率的情况下完成。这就如同人需要被逼到极度疲劳的状态下，才能更清楚地了解其基本功，包括技术、耐力、意志力，甚至道德底线——这是特种部队用地狱周进行选拔的模式。也只有经过这种严格的考核，数据中心SSD才能体现其远高于消费类产品的溢价。
由于SSD在标称容量之外，还有一些保留的空间（OP），所以，为了确保所有页被写入，设计的写入量一定要明显大于标称容量，通常操作就是直接满盘写两遍。而且这个写入过程必须是连续的，否则SSD一旦获得喘息之机，开始专心进行垃圾回收，那后面的情况就很难说了。多数快餐测试软件不能进行长时间的、稳定地写入，譬如消费类SSD常跑的CrystalDiskMark，单项测试时长最多选择60秒，循环10次，总时间不过10分钟而已。
简而言之，10分钟一个项目，做稳态阶段的测试足够，但做预处理是不够的。最适合做预处理的就是FIO，这个以后介绍，我们先介绍IOmeter做预处理的方法。
通常顺序读写测试使用128KB数据包，我们就建立一个128KB顺序写的项目。顺序写也是最快填满的方法了。
Worker可以只用1个，相当于1个线程。数据选择伪随机。I/O深度固定在16或者32就够了。
IOmeter做预处理不像FIO那么方便，后者可以设置相对于容量的循环，前者只能通过运行时间来间接控制写入量。我们可以用容量去除以标称的顺序写入速度，这样就可以预估写满一遍的时间。把这个时间乘2，那就是计划的持续写的时间。特别强调的是，基于标称速度的计算只对数据中心SSD有效，因为数据中心SSD标称的通常是稳态性能，是可信的。而消费类SSD标称的写入速度是极大值，出缓后的写入性能必然暴跌——除非你知道会跌到什么程度，否则拿什么数值当除数呢？这也侧面说明了“可预期”的性能是多么重要。
如果我们对测试对象的顺序写入性能没有自信，那就不设具体的时间，直接开始跑顺序写项目，IOmeter会不间断地运行。在此期间，我们可以看到平均写入速度。平均写入速度会逐步下降，当相对平稳的时候，我们就可以根据这个速度去估算合理的总时间，超过这个时间后手动结束测试，这样初步的预处理就算完成了。
我们也可以通过CystalDiskInfo之类的软件随时判读SSD的写入量变化。如果增量达到2倍容量，就可以停止写入。对于预设了时间的操作，如果写入量达到1.5倍容量，也是可以接受的，否则就只能设一个更长的写入时间，重新进行预处理。
预处理完成后，我们可以先进行简单的测试，不做太复杂的设置，看看数据是否稳定。初期可能会出现写入IOPS比较高的情况，如果10分钟左右就能进入正常区间就是比较顺利的。感觉比较稳之后，就可以大刑伺候了。
结语
经过三个阶段的学习，相信大家在Windows下已经可以熟练使用IOmeter了。虽然IOmeter的设置界面比快餐软件们复杂很多，但只要测试思路明确，设置起来还是很直观的。建立了自己的配置文件之后，操作起来就更是轻车熟路，碾压普通的数码UP主那是小菜一碟啊。
对于面向数据中心、企业市场的经销商、集成商，熟悉IOmeter只是在专业领域入了门。大家还是要进一步熟悉服务器主流操作系统Linux的实际操作，下一阶段，我们就要把FIO用起来。