SQL數(shù)據(jù)庫性能胯了，換 SSD硬盤就能解決問題？

點(diǎn)擊藍(lán)色“有關(guān)SQL”關(guān)注我喲

2010年，上海張江，傳奇廣場。

這里匯集了各路公交車，是張江男女必爭之地。打工人最怕的是什么，不是996，不是007，最怕擠公交。

背著5斤重的Dell, 頂著烈日，狂風(fēng)，暴雨，滿懷希望沖向車站，換來的卻是，屢次被無情拋棄，這種感覺，誰經(jīng)歷，誰淚目。

BMW, Bus + Metro + Walk 這種通勤方式，貫穿著張江男女的 30歲！

“讓一讓，排好隊！” 車站調(diào)度員每次總要對落下的我們補(bǔ)上一句。語氣略有生硬，但嗓門絕對讓每個幻想插隊的人，都聽得到！

這個車站不大，總共有 4 個車道，停歇了 7-8路車。618，636，張江1路，張南專線，張江環(huán)路，孫橋1路，等等

調(diào)度員拿著硬板本，按時走過 4個車道，招呼該發(fā)車的司機(jī)出發(fā)，并叮囑下一班次車準(zhǔn)備。每次看到有調(diào)度員過來，一些略顯頹廢的男女，立刻就來了精神。因?yàn)檎甲?，在這里也是門學(xué)問。

有時，該發(fā)車的車道上，沒有找到司機(jī)，調(diào)度員還會大罵一聲，氣哄哄跑去下一車道招呼其他司機(jī)。

現(xiàn)今，基本上已經(jīng)看不到調(diào)度員的身影了，即使看到，也是他偶爾出來抽根煙。隨手還帶著對講機(jī)。

沒錯，現(xiàn)在的調(diào)度口令，不需要口口相傳，對講機(jī)一開，司機(jī)就跳上車了。調(diào)度員手里的硬板本，也換成了電子公告牌，就像華泰證券交易所的紅綠看板一樣，哪個車道，下一班發(fā)什么車，走馬燈似的亮著。

扯遠(yuǎn)了，拉回來，你們沒有走錯片場，我不是在寫小說！

上面這個轉(zhuǎn)變，看似是電子信息化轉(zhuǎn)型，實(shí)際上也勝似機(jī)械硬盤過度到SSD（固態(tài)硬盤）。

（摘自網(wǎng)絡(luò)）

這是機(jī)械硬盤的構(gòu)造圖。

磁盤從里到外，分出很多磁道。磁道上挨個排滿了扇區(qū)，每個扇區(qū)的存儲空間固定。

磁頭圍繞著磁道轉(zhuǎn)一圈，該磁道上所有的扇區(qū)數(shù)據(jù)就會被讀到內(nèi)存里。這樣的讀叫做順序讀（順序IO）

如果一個磁道把同一張表的數(shù)據(jù)都存儲起來，這樣的順序讀，效率是最高的，只需一圈，讀到所有的數(shù)據(jù)。

但事情并不那么簡單。首先，數(shù)據(jù)的寫入，是無序的。比如一張表有100萬條數(shù)據(jù)，這100萬條數(shù)據(jù)，并不是連續(xù)地寫入，而是每天寫一點(diǎn)或者每過一段時間寫一點(diǎn)。寫入的同時，還會有表B，表C的數(shù)據(jù)，挨著表A的某些數(shù)據(jù)，一起寫入到相鄰的扇區(qū)中

那么，同一個磁道上，就會出現(xiàn)既有表A的數(shù)據(jù)，還有表B，表C的數(shù)據(jù)。這樣磁道上的數(shù)據(jù)，就會有了斷層。表A的數(shù)據(jù)自然也就不會連續(xù)存在一個磁道上

有可能磁道1存上那么2萬條，磁道2存上那么10萬條，磁道3存上那么5萬條，零零散散分布在幾十條不同的磁道上

所以，與理論上完美的順序讀，不一樣的是，實(shí)際中，大部分表的數(shù)據(jù)是隨機(jī)讀（隨機(jī)IO）

完全讀取表A 100萬的數(shù)據(jù)，可能需要在幾十條不同磁道間來回切換。而讀取時，把其他表數(shù)據(jù)讀取出來，貌似做的都是無用功。

因此，傳統(tǒng)的優(yōu)化，有一個方法就是磁盤碎片整理，目的就是提高順序讀的機(jī)會。當(dāng)然，建立索引也是提高順序讀的好方法。但OLTP系統(tǒng)中，充滿了隨機(jī)寫，索引也必須進(jìn)行碎片整理。

以上是傳統(tǒng)磁盤的工作方式，也列舉了對數(shù)據(jù)庫操作的影響。那么SSD的出現(xiàn)，又對數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化產(chǎn)生了哪些影響呢？

同樣，先要講下 SSD 的結(jié)構(gòu)，正是由于這個結(jié)構(gòu)才對數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，而且這個影響不僅僅有正面的，還有負(fù)面的。

SSD不再是簡單的一個存儲介質(zhì)，而是一整套微小的系統(tǒng)。包含了內(nèi)置的芯片，緩存還有存儲介質(zhì)。

（摘自網(wǎng)絡(luò)）

當(dāng)操作系統(tǒng)發(fā)送讀寫命令時，SSD就像是另外一臺計算機(jī)，判斷內(nèi)存是否有緩存，根據(jù)FTL提供的映射表，從介質(zhì)上讀取/寫入數(shù)據(jù)。

這些組件里最有意思的是 FTL(Flash Translation Layer), 即閃存譯層。它的主要功能是提供一份映射表，從閃存(Flash Memory)的物理地址映射到邏輯地址（Logical Block Address）

那么為什么SSD的FTL這個組件能力那么強(qiáng)，它對比傳統(tǒng)的磁盤到底快在哪里？

再來回憶下，傳統(tǒng)的磁盤，一次隨機(jī)讀，耗時較長的兩個步驟，一是尋道；二是等待

尋道，即尋找到特定數(shù)據(jù)的磁道；

等待，在磁頭定位到磁道后，等待磁盤將扇區(qū)旋轉(zhuǎn)移動到磁頭下，這個延遲時間稱之為等待時間。

正是由于這兩個限定因素，導(dǎo)致機(jī)械磁盤的效率，頂配了也就那么高了。

那么SSD的電氣化閃存，為什么就會比機(jī)械磁盤高那么多呢？

這個原理，開頭的小故事，已經(jīng)說得很明白了。

調(diào)度員一個個車道走過來，這是尋道，萬一哪個道，到點(diǎn)了，但還沒有車輛就緒，就得跨道，找下一個可以發(fā)車的道；走到當(dāng)時可以發(fā)車的車道，呼叫可以發(fā)車的司機(jī)，叮囑司機(jī)可以發(fā)車了，這是旋轉(zhuǎn)磁盤時的必要等待。

這一來一回，中間出點(diǎn)叉子，都會無數(shù)的等待時間。所以經(jīng)常晚點(diǎn)，當(dāng)時那叫一個痛苦。

感謝電子化時代的到來?，F(xiàn)在的發(fā)車遠(yuǎn)比那時簡單高效。

每個司機(jī)都配備對講機(jī)，時間一到，調(diào)度根據(jù)排班（FTL）呼叫司機(jī)發(fā)車，省掉了尋道和等待時間（都靠人工）。調(diào)度員借用電子信息手段，瞬間就能傳達(dá)發(fā)車指令。

但是，SSD就全是優(yōu)點(diǎn)嗎，絕對不是。它有個巨大的缺陷，就是寫入放大。

這個缺陷和數(shù)據(jù)庫的預(yù)讀能力，其實(shí)有些類似。數(shù)據(jù)庫的讀取，一次讀取并不是一條一條的讀數(shù)據(jù)，而是一頁乃至一個數(shù)據(jù)區(qū)的讀。明明只要一條數(shù)據(jù)，對不起，存儲引擎會讀取上百條數(shù)據(jù)給你

所以有時看到數(shù)據(jù)庫內(nèi)存使用量極大，總想著給它加點(diǎn)內(nèi)存，其實(shí)完全沒必要。它就是一貪嘴的小鬼，給多少就吃多少，不會嫌多。

SSD 也有類似的機(jī)理，不過不是在讀取上，而是在寫入中。讀取可以完全做到一個頁一個頁的讀，但寫入就有分歧了。

當(dāng)一塊新的SSD硬盤拿過來，開始寫入數(shù)據(jù)時，很快。見縫插針，哪兒涼快就哪兒呆著。不用思考。但是一旦SSD寫完了，需要改寫數(shù)據(jù)時，麻煩就來了。

它的改寫原理是讀取一個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)，而不是一頁數(shù)據(jù)。這一個塊上的數(shù)據(jù)，可能包含了幾十頁的數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)都不需要修改。等到這些數(shù)據(jù)讀到內(nèi)存后，就選擇需要修改的數(shù)據(jù)，逐條修改，然后寫回閃存。

寫回閃存時，最大的延遲在于，需要把原先的那些讀取的數(shù)據(jù)頁都擦除，然后再寫入。

這種情況，稱之為“寫入放大”

所以你家的SSD是不是等過了一段時間，發(fā)現(xiàn)明顯的速度慢了？就是這個理，在等待垃圾塊（臟塊）的回收。

像這種情況，存在于早期的SSD中，那時，SSD確實(shí)不適合用來做日志盤，只能用來做無傷大雅的快盤。后來優(yōu)化了FTL算法，比如進(jìn)行了碎片整理，垃圾回收，并且容量也日漸擴(kuò)大，慢慢SSD的應(yīng)用場景也就多起來了

在OLAP領(lǐng)域，也就是數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)倉庫和報表系統(tǒng)中，SSD的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。這類應(yīng)用寫入次數(shù)較少，但是讀取的吞吐量極大。

有人說，SSD 的寫入放大缺陷，不適合用來存儲 redo log，其實(shí)也不是那么全面。有些 redo log不大，而 SSD 現(xiàn)在的容量極大，一次性寫完 SSD 而引起性能抖動的概率并不大。而且有了FTL的優(yōu)化，SSD完全有能力在日志寫滿前，就開始做垃圾回收和碎片整理。

日志文件的訪問（主要是寫入），通?？梢钥醋鍪窃诃h(huán)形跑道上跑馬拉松。一圈跑下來，運(yùn)動員丟棄的水瓶，補(bǔ)給堆滿了跑道。為了可以讓運(yùn)動員順利跑第二圈，第三圈，必須把這些水瓶等雜物清理干凈，越早處理，對運(yùn)動員就越有利，無感知最好

SSD也一樣，在裝有 redo log 的SSD寫滿之前，就對SSD做閃存塊的整理，把空間都讓出來，才能讓數(shù)據(jù)寫入更快

那么 SSD 是不是就一定比傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)優(yōu)越呢，其實(shí)也不一定。

比如組RAID 磁盤陣列，擁有的讀寫能力就不比 SSD 差。

通過表分區(qū)，將數(shù)據(jù)打散，放在不同的硬盤上，這樣讀取數(shù)據(jù)，就能有效利用并行。

拿 SQL Server 來舉例：

• c 盤：操作系統(tǒng)
• D 盤：SQL Server 數(shù)據(jù)文件
• E 盤：日志文件
• F 盤：SQL Server 數(shù)據(jù)文件
• G 盤：tempdb 文件

其中，D和F盤做了 RAID 10, 當(dāng)100G的數(shù)據(jù)表做了分區(qū)，將其中的時間戳，按照奇偶年，分別存儲在 D/F盤的數(shù)據(jù)文件中。

這樣，當(dāng)需要查詢連續(xù)兩年的數(shù)據(jù)，就可以充分發(fā)揮D/F盤并行查詢的效率

只要成本可控，隨著數(shù)據(jù)盤的增多，分區(qū)可以打得更散，并行的速度就越快。這對于 SSD 來說，成本上是不過關(guān)的

用SSD替換機(jī)械硬盤，現(xiàn)階段有好處，但瓶頸也不少。更多應(yīng)用，還是要在實(shí)際中做出一種平衡。