ชุมชนเทคโนโลยีกำลังถกเถียงกันอย่างกระตือรือร้นเกี่ยวกับขนาดบล็อกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับประสิทธิภาพของ NVMe SSD หลังจากการวิเคราะห์รายละเอียดเรื่องการปรับแต่งดัชนีการค้นหา การอภิปรายมุ่งเน้นไปที่ว่า 128KB หรือ 256KB จะเป็นจุดที่เหมาะสมที่สุดในปัจจุบัน ซึ่งมีผลกระทบต่อการออกแบบฐานข้อมูลและระบบจัดเก็บข้อมูล
มาตรฐาน 128KB ที่มีมายาวนานกำลังถูกตั้งคำถาม
ขนาดบัฟเฟอร์ 128KB ที่ใช้มายาวนานถือเป็นขนาดที่เหมาะสมที่สุดมาหลายปี โดยมีหลักฐานย้อนกลับไปถึงการใช้งานในโปรแกรมจัดการไฟล์อย่าง Midnight Commander อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงล่าสุดชี้ให้เห็นว่ามาตรฐานนี้อาจกำลังพัฒนาไป ในเดือนเมษายน 2024 Midnight Commander ได้เพิ่มขนาดบัฟเฟอร์เริ่มต้นจาก 128KB เป็น 256KB ซึ่งเป็นสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นในแนวปฏิบัติของอุตสาหกรรม
การอภิปรายของชุมชนเผยให้เห็นว่าการกำหนดขนาดบล็อกที่เหมาะสมไม่สามารถนำไปใช้ได้กับทุกระบบ การปรับปรุงฮาร์ดแวร์จัดเก็บข้อมูลสมัยใหม่ได้เปิดเผยข้อจำกัดในการออกแบบซอฟต์แวร์ที่ไม่เคยปรากฏเมื่อสิบปีที่แล้ว น่าสนใจที่การใช้งานที่ซับซ้อนบางอย่างกลับมีแนวโน้มไปสู่ขนาดบล็อกที่เล็กลงแทนที่จะใหญ่ขึ้น ซึ่งขัดกับสิ่งที่การทดสอบประสิทธิภาพแบบดิบอาจแนะนำ
ข้อพิจารณาทางเทคนิคที่สำคัญ
วิวัฒนาการของขนาดบัฟเฟอร์:
- มาตรฐานในอดีต: 128KB (ก่อนปี 2024)
- แนวโน้มปัจจุบัน: 256KB (ณ เดือนเมษายน 2024)
- จำเป็นต้องมีการปรับแต่งเฉพาะสำหรับแอปพลิเคชัน
แนวทางการปรับปรุงประสิทธิภาพ:
- บล็อกขนาดใหญ่: เหมาะสมที่สุดสำหรับการอิ่มตัวของแบนด์วิดท์และการถ่ายโอนข้อมูลแบบต่อเนื่อง
- บล็อกขนาดเล็ก: ดีกว่าสำหรับการเพิ่ม IOPS ให้สูงสุดด้วยการจัดตาราง I/O ขั้นสูง
- เครื่องมือขั้นสูง: io_uring, SPDK สำหรับสถานการณ์ประสิทธิภาพสูงเฉพาะทาง
การพึ่งพิงฮาร์ดแวร์:
- รุ่น PCIe และการกำหนดค่าเลน
- ความสามารถของคอนโทรลเลอร์ SSD
- ข้อจำกัดของสถาปัตยกรรม I/O ของระบบ
ผลกระทบของสถาปัตยกรรมฮาร์ดแวร์ต่อประสิทธิภาพ
การถกเถียงนี้เน้นให้เห็นว่าการปรับแต่งประสิทธิภาพการจัดเก็บข้อมูลได้กลายเป็นสิ่งที่ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าฮาร์ดแวร์เฉพาะและกรณีการใช้งานมากขึ้น สำหรับแอปพลิเคชันที่มุ่งเน้นการเพิ่มแบนด์วิดท์สูงสุดเพื่อย้ายข้อมูลจำนวนมากที่มีความสอดคล้องกัน บัฟเฟอร์ขนาดใหญ่ยังคงเป็นวิธีที่ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม สำหรับระบบที่ให้ความสำคัญกับ IOPS (Input/Output Operations Per Second) บัฟเฟอร์ขนาดเล็กร่วมกับการจัดตารางเวลา I/O ขั้นสูงจะเป็นสิ่งจำเป็น
ความเหมาะสมที่ปรากฏของขนาดบล็อกขนาดใหญ่มักเป็นอาการของการออกแบบการจัดตารางเวลา I/O ที่ไม่สามารถตามทันประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์จัดเก็บข้อมูลปัจจุบันได้
ข้อมูลเชิงลึกนี้ชี้ให้เห็นว่าสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นประสิทธิภาพที่เหมาะสมอาจบ่งบอกถึงคอขวดของระบบที่ซ่อนอยู่มากกว่าประสิทธิภาพที่แท้จริง
การเปรียบเทียบประสิทธิภาพ Block Size ของ NVMe SSD
| Block Size | Transfer Rate | Average Time | Lookup Performance | Execution Rate |
|---|---|---|---|---|
| 4 KB | 52.3 MB/s | 73 μs/op | 0.400s | 480,000/s |
| 32 KB | 388.6 MB/s | 97 μs/op | 0.188s | 780,000/s |
| 128 KB | 1.0 GB/s | 125 μs/op | 0.163s | 895,000/s |
| 256 KB | 1.7 GB/s | 141 μs/op | - | - |
| 1 MB | 3.1 GB/s | 374 μs/op | 0.145s | 820,000/s |
เทคนิค I/O ขั้นสูงและข้อจำกัดในโลกจริง
การอภิปรายยังกล่าวถึงเทคนิคขั้นสูงอย่าง io_uring และ SPDK (Storage Performance Development Kit) สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพ NVMe สูงสุด แม้ว่าเครื่องมือเหล่านี้จะสามารถให้การปรับปรุงประสิทธิภาพที่สำคัญ แต่ก็มาพร้อมกับความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นและความท้าทายในการใช้งานที่ทำให้ไม่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันหลายตัว
สำหรับแอปพลิเคชันดัชนีการค้นหาโดยเฉพาะ ข้อจำกัดของการข้ามตัวชี้แบบลำดับจำกัดความสามารถในการส่งคำขอพร้อมกันหลายรายการ ทำให้ขนาดบล็อกที่ใหญ่ขึ้นเป็นทางแก้ไขที่ปฏิบัติได้ ชุมชนสังเกตว่าหน้า 4KB สามารถทำงานได้ดีเมื่อมีคำขอที่รอดำเนินการเพียงพอ แต่วิธีการนี้ต้องการการจัดการ I/O ที่ซับซ้อน
บทสรุป
ขนาดบล็อกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ NVMe SSD ขึ้นอยู่กับกรณีการใช้งานเฉพาะ การกำหนดค่าฮาร์ดแวร์ และสถาปัตยกรรมซอฟต์แวร์เป็นอย่างมาก แม้ว่า 128KB จะทำหน้าที่เป็นมาตรฐานที่เชื่อถือได้ แต่การเปลี่ยนไปสู่ 256KB ในแอปพลิเคชันบางตัวชี้ให้เห็นว่าภูมิทัศน์กำลังพัฒนา นักออกแบบระบบควรทดสอบประสิทธิภาพของปริมาณงานเฉพาะของตนเองแทนที่จะพึ่งพาคำแนะนำที่ใช้ได้กับทุกกรณี เนื่องจากตัวเลือกที่เหมาะสมแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับว่าความสำคัญอยู่ที่การอิ่มตัวของแบนด์วิดท์ การเพิ่ม IOPS สูงสุด หรือการลดเวลาแฝงให้น้อยที่สุด
อ้างอิง: Faster Index I/O with NVMe SSDs