IO 性能较差 - PCIe NVMe Samsung 950 pro

IO 性能较差 - PCIe NVMe Samsung 950 pro

我刚刚完成了硬件组装,希望新的 NVMe 驱动器能带来巨大的提升。我之前的性能低于预期(传输了约 3GB),所以我更换了主板/CPU/内存/硬盘。虽然性能是之前的两倍曾是, 它还是一半我的 3 年前的 MacBook Pro 配备 SATA6 驱动器,运行效果如何?

  • CPU:i7-5820k 6核
  • 主板:MSI X99A MPOWER
  • 内存:32GB
  • 驱动器:三星 950 pro NVMe PCIe

Ubuntu(也已确认16.04.1 LTS):

Release:    15.10
Codename:   wily

4.2.0-16-generic

$ sudo blkid
[sudo] password for kross: 
/dev/nvme0n1p4: UUID="2997749f-1895-4581-abd3-6ccac79d4575" TYPE="swap"
/dev/nvme0n1p1: LABEL="SYSTEM" UUID="C221-7CA5" TYPE="vfat"
/dev/nvme0n1p3: UUID="c7dc0813-3d18-421c-9c91-25ce21892b9d" TYPE="ext4"

以下是我的测试结果:

sysbench --test=fileio --file-total-size=128G prepare
sysbench --test=fileio --file-total-size=128G --file-test-mode=rndrw --max-time=300 --max-requests=0 run
sysbench --test=fileio --file-total-size=128G cleanup


Operations performed:  228000 Read, 152000 Write, 486274 Other = 866274 Total
Read 3.479Gb  Written 2.3193Gb  Total transferred 5.7983Gb  (19.791Mb/sec)
 1266.65 Requests/sec executed

Test execution summary:
    total time:                          300.0037s
    total number of events:              380000
    total time taken by event execution: 23.6549
    per-request statistics:
         min:                                  0.01ms
         avg:                                  0.06ms
         max:                                  4.29ms
         approx.  95 percentile:               0.13ms

Threads fairness:
    events (avg/stddev):           380000.0000/0.00
    execution time (avg/stddev):   23.6549/0.00

调度程序设置为none

# cat /sys/block/nvme0n1/queue/scheduler
none

以下是相关lspci信息:

# lspci -vv -s 02:00.0
02:00.0 Non-Volatile memory controller: Samsung Electronics Co Ltd Device a802 (rev 01) (prog-if 02 [NVM Express])
    Subsystem: Samsung Electronics Co Ltd Device a801
    Physical Slot: 2-1
    Control: I/O+ Mem+ BusMaster+ SpecCycle- MemWINV- VGASnoop- ParErr- Stepping- SERR+ FastB2B- DisINTx+
    Status: Cap+ 66MHz- UDF- FastB2B- ParErr- DEVSEL=fast >TAbort- <TAbort- <MAbort- >SERR- <PERR- INTx-
    Latency: 0, Cache Line Size: 32 bytes
    Interrupt: pin A routed to IRQ 45
    Region 0: Memory at fb610000 (64-bit, non-prefetchable) [size=16K]
    Region 2: I/O ports at e000 [size=256]
    Expansion ROM at fb600000 [disabled] [size=64K]
    Capabilities: [40] Power Management version 3
        Flags: PMEClk- DSI- D1- D2- AuxCurrent=0mA PME(D0-,D1-,D2-,D3hot-,D3cold-)
        Status: D0 NoSoftRst+ PME-Enable- DSel=0 DScale=0 PME-
    Capabilities: [50] MSI: Enable- Count=1/8 Maskable- 64bit+
        Address: 0000000000000000  Data: 0000
    Capabilities: [70] Express (v2) Endpoint, MSI 00
        DevCap: MaxPayload 128 bytes, PhantFunc 0, Latency L0s unlimited, L1 unlimited
            ExtTag- AttnBtn- AttnInd- PwrInd- RBE+ FLReset+
        DevCtl: Report errors: Correctable- Non-Fatal- Fatal- Unsupported-
            RlxdOrd- ExtTag- PhantFunc- AuxPwr- NoSnoop+ FLReset-
            MaxPayload 128 bytes, MaxReadReq 512 bytes
        DevSta: CorrErr+ UncorrErr- FatalErr- UnsuppReq+ AuxPwr+ TransPend-
        LnkCap: Port #0, Speed 8GT/s, Width x4, ASPM L1, Exit Latency L0s <4us, L1 <64us
            ClockPM+ Surprise- LLActRep- BwNot- ASPMOptComp+
        LnkCtl: ASPM Disabled; RCB 64 bytes Disabled- CommClk+
            ExtSynch- ClockPM- AutWidDis- BWInt- AutBWInt-
        LnkSta: Speed 8GT/s, Width x4, TrErr- Train- SlotClk+ DLActive- BWMgmt- ABWMgmt-
        DevCap2: Completion Timeout: Not Supported, TimeoutDis+, LTR+, OBFF Not Supported
        DevCtl2: Completion Timeout: 50us to 50ms, TimeoutDis-, LTR-, OBFF Disabled
        LnkCtl2: Target Link Speed: 8GT/s, EnterCompliance- SpeedDis-
             Transmit Margin: Normal Operating Range, EnterModifiedCompliance- ComplianceSOS-
             Compliance De-emphasis: -6dB
        LnkSta2: Current De-emphasis Level: -6dB, EqualizationComplete+, EqualizationPhase1+
             EqualizationPhase2+, EqualizationPhase3+, LinkEqualizationRequest-
    Capabilities: [b0] MSI-X: Enable+ Count=9 Masked-
        Vector table: BAR=0 offset=00003000
        PBA: BAR=0 offset=00002000
    Capabilities: [100 v2] Advanced Error Reporting
        UESta:  DLP- SDES- TLP- FCP- CmpltTO- CmpltAbrt- UnxCmplt- RxOF- MalfTLP- ECRC- UnsupReq- ACSViol-
        UEMsk:  DLP- SDES- TLP- FCP- CmpltTO- CmpltAbrt- UnxCmplt- RxOF- MalfTLP- ECRC- UnsupReq- ACSViol-
        UESvrt: DLP+ SDES+ TLP- FCP+ CmpltTO- CmpltAbrt- UnxCmplt- RxOF+ MalfTLP+ ECRC- UnsupReq- ACSViol-
        CESta:  RxErr- BadTLP- BadDLLP- Rollover- Timeout- NonFatalErr+
        CEMsk:  RxErr- BadTLP- BadDLLP- Rollover- Timeout- NonFatalErr+
        AERCap: First Error Pointer: 00, GenCap+ CGenEn- ChkCap+ ChkEn-
    Capabilities: [148 v1] Device Serial Number 00-00-00-00-00-00-00-00
    Capabilities: [158 v1] Power Budgeting <?>
    Capabilities: [168 v1] #19
    Capabilities: [188 v1] Latency Tolerance Reporting
        Max snoop latency: 0ns
        Max no snoop latency: 0ns
    Capabilities: [190 v1] L1 PM Substates
        L1SubCap: PCI-PM_L1.2+ PCI-PM_L1.1+ ASPM_L1.2+ ASPM_L1.1+ L1_PM_Substates+
              PortCommonModeRestoreTime=10us PortTPowerOnTime=10us
    Kernel driver in use: nvme

hdparm

$ sudo hdparm -tT --direct /dev/nvme0n1

/dev/nvme0n1:
 Timing O_DIRECT cached reads:   2328 MB in  2.00 seconds = 1163.98 MB/sec
 Timing O_DIRECT disk reads: 5250 MB in  3.00 seconds = 1749.28 MB/sec

hdparm -v

 sudo hdparm -v /dev/nvme0n1

/dev/nvme0n1:
SG_IO: questionable sense data, results may be incorrect
 multcount     =  0 (off)
 readonly      =  0 (off)
 readahead     = 256 (on)
 geometry      = 488386/64/32, sectors = 1000215216, start = 0

文件系统

UUID=453cf71b-38ca-49a7-90ba-1aaa858f4806 /               ext4    noatime,nodiratime,errors=remount-ro 0       1
# /boot/efi was on /dev/sda1 during installation
#UUID=C221-7CA5  /boot/efi       vfat    defaults        0       1
# swap was on /dev/sda4 during installation
UUID=8f716653-e696-44b1-8510-28a1c53f0e8d none            swap    sw              0       0
UUID=C221-7CA5  /boot/efi       vfat    defaults        0       1

菲奥

这有一些可比基准这完全是错误的。当我使用 fio 和 disabled 进行测试时sync,情况就不同了:

sync=1
1 job  - write: io=145712KB, bw=2428.5KB/s, iops=607, runt= 60002msec
7 jobs - write: io=245888KB, bw=4097.9KB/s, iops=1024, runt= 60005msec

sync=0
1 job  - write: io=8157.9MB, bw=139225KB/s, iops=34806, runt= 60001msec
7 jobs - write: io=32668MB, bw=557496KB/s, iops=139373, runt= 60004msec

sync以下是1 个职位和 7 个职位的完整结果:

$ sudo fio --filename=/dev/nvme0n1 --direct=1 --sync=1 --rw=write --bs=4k --numjobs=1 --iodepth=1 --runtime=60 --time_based --group_reporting --name=journal-test
journal-test: (g=0): rw=write, bs=4K-4K/4K-4K/4K-4K, ioengine=sync, iodepth=1
fio-2.1.11
Starting 1 process
Jobs: 1 (f=1): [W(1)] [100.0% done] [0KB/2368KB/0KB /s] [0/592/0 iops] [eta 00m:00s]
journal-test: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=18009: Wed Nov 18 18:14:03 2015
  write: io=145712KB, bw=2428.5KB/s, iops=607, runt= 60002msec
    clat (usec): min=1442, max=12836, avg=1643.09, stdev=546.22
     lat (usec): min=1442, max=12836, avg=1643.67, stdev=546.23
    clat percentiles (usec):
     |  1.00th=[ 1480],  5.00th=[ 1496], 10.00th=[ 1512], 20.00th=[ 1528],
     | 30.00th=[ 1576], 40.00th=[ 1592], 50.00th=[ 1608], 60.00th=[ 1608],
     | 70.00th=[ 1608], 80.00th=[ 1624], 90.00th=[ 1640], 95.00th=[ 1672],
     | 99.00th=[ 2192], 99.50th=[ 6944], 99.90th=[ 7328], 99.95th=[ 7328],
     | 99.99th=[ 7520]
    bw (KB  /s): min= 2272, max= 2528, per=100.00%, avg=2430.76, stdev=61.45
    lat (msec) : 2=98.44%, 4=0.58%, 10=0.98%, 20=0.01%
  cpu          : usr=0.39%, sys=3.11%, ctx=109285, majf=0, minf=8
  IO depths    : 1=100.0%, 2=0.0%, 4=0.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, >=64=0.0%
     submit    : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     complete  : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     issued    : total=r=0/w=36428/d=0, short=r=0/w=0/d=0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=1

Run status group 0 (all jobs):
  WRITE: io=145712KB, aggrb=2428KB/s, minb=2428KB/s, maxb=2428KB/s, mint=60002msec, maxt=60002msec

Disk stats (read/write):
  nvme0n1: ios=69/72775, merge=0/0, ticks=0/57772, in_queue=57744, util=96.25%

$ sudo fio --filename=/dev/nvme0n1 --direct=1 --sync=1 --rw=write --bs=4k --numjobs=7 --iodepth=1 --runtime=60 --time_based --group_reporting --name=journal-test
journal-test: (g=0): rw=write, bs=4K-4K/4K-4K/4K-4K, ioengine=sync, iodepth=1
...
fio-2.1.11
Starting 7 processes
Jobs: 6 (f=6): [W(2),_(1),W(4)] [50.4% done] [0KB/4164KB/0KB /s] [0/1041/0 iops] [eta 01m:00s]
journal-test: (groupid=0, jobs=7): err= 0: pid=18025: Wed Nov 18 18:15:10 2015
  write: io=245888KB, bw=4097.9KB/s, iops=1024, runt= 60005msec
    clat (usec): min=0, max=107499, avg=6828.48, stdev=3056.21
     lat (usec): min=0, max=107499, avg=6829.10, stdev=3056.16
    clat percentiles (usec):
     |  1.00th=[    0],  5.00th=[ 2992], 10.00th=[ 4512], 20.00th=[ 4704],
     | 30.00th=[ 5088], 40.00th=[ 6176], 50.00th=[ 6304], 60.00th=[ 7520],
     | 70.00th=[ 7776], 80.00th=[ 9024], 90.00th=[10048], 95.00th=[12480],
     | 99.00th=[15936], 99.50th=[18048], 99.90th=[22400], 99.95th=[23936],
     | 99.99th=[27008]
    bw (KB  /s): min=  495, max=  675, per=14.29%, avg=585.60, stdev=28.07
    lat (usec) : 2=4.41%
    lat (msec) : 2=0.57%, 4=4.54%, 10=80.32%, 20=9.92%, 50=0.24%
    lat (msec) : 250=0.01%
  cpu          : usr=0.14%, sys=0.72%, ctx=173735, majf=0, minf=63
  IO depths    : 1=100.0%, 2=0.0%, 4=0.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, >=64=0.0%
     submit    : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     complete  : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     issued    : total=r=0/w=61472/d=0, short=r=0/w=0/d=0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=1

Run status group 0 (all jobs):
  WRITE: io=245888KB, aggrb=4097KB/s, minb=4097KB/s, maxb=4097KB/s, mint=60005msec, maxt=60005msec

Disk stats (read/write):
  nvme0n1: ios=21/122801, merge=0/0, ticks=0/414660, in_queue=414736, util=99.90%

结盟

我已经检查了对齐情况parted,并根据进行了计算http://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/technology-briefs/ssd-partition-alignment-tech-brief.pdf

kross@camacho:~$ sudo parted
GNU Parted 3.2
Using /dev/nvme0n1
Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.
(parted) unit s                                                           
(parted) print all                                                        
Model: Unknown (unknown)
Disk /dev/nvme0n1: 1000215216s
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
Disk Flags: 

Number  Start       End          Size        File system     Name                                 Flags
 1      2048s       206847s      204800s     fat32           EFI system partition                 boot, esp
 2      206848s     486957055s   486750208s  ntfs                                                 msftdata
 3      486957056s  487878655s   921600s     ntfs                                                 hidden, diag
 4      590608384s  966787071s   376178688s  ext4
 5      966787072s  1000214527s  33427456s   linux-swap(v1)

kross@camacho:~$ sudo parted /dev/nvme0n1
GNU Parted 3.2
Using /dev/nvme0n1
Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.
(parted) align-check opt 1                                                
1 aligned
(parted) align-check opt 2
2 aligned
(parted) align-check opt 3
3 aligned
(parted) align-check opt 4
4 aligned
(parted) align-check opt 5
5 aligned

TLDR;

我感觉我的某些设置从根本上来说不正确,尽管我的研究没有发现任何问题。我期望吞吐量约为我 3 年旧 MacBook Pro 的 SATA6 的 4 倍,而使用 NVMe 时,吞吐量只有 1/2。我添加了noatime,nodiratime它,这给了我一个非常小的改进,但远没有达到我期望的 4 倍。我已经重新分区/重新安装了全新的 15.10 服务器,以确保没有任何遗留问题,并且得到了相同的结果。

fio上述同步/不同步的结果是否表明存在问题?

所以我有了一个全新的开始,可以尝试任何事情。我可以尝试什么来让我的表现达到标准?欢迎提供任何参考。

答案1

感谢您的提问,这对我非常有帮助。

我有一个非常类似的经历,不同的硬件设置(我使用的是 Intel NVMe SSD)。但我也在运行 Ubuntu 16.04。鉴于您的证据和在本文我确信问题出在 Ubuntu 设置 NVMe 驱动器的方式上。

我决心解决这个问题,但又不完全放弃 Ubuntu。但无论我做什么,当我使用 hdparm 进行测试时,我都无法获得超过 2000 MB/秒的速度,正如您所描述的那样。

因此,我进行了一些挖掘,发现了一个指导由英特尔提供。我尝试了他们在本指南中建议的所有方法,发现其中一部分不同。在底部附近,它讨论了如何正确对齐驱动器分区。这是与我的安装不匹配的一部分。我的起始块不能被 4096 字节整除。它使用的是 512 字节扇区大小,而不是 4k 扇区大小。

果然,我格式化了磁盘,以能被 4096 整除的值开始分区,最后我能够突破 2000 MB/s 的速度。

目前它的平均速度为 2.3 GB/s,而我预计它会更高一些。我将此归咎于当我运行时,sudo fdisk -lNVMe 驱动器仍显示物理扇区大小为 512 字节。我打算继续调查,但我希望这对你有所帮助!

答案2

警告:这个答案很老了。从 Linux 4.19 开始,blk_mq 是默认调度程序。您的 PCIe NVMe SSD 运行缓慢的问题很可能源于其他地方。

原始答案:

请加

scsi_mod.use_blk_mq=1

到您的内核启动参数,否则我认为您将看不到 NVMe 增加的命令队列和每个队列的命令的好处。

注意:我知道这是针对 arch 的,但你可能还想看看维基百科有关调整 I/O 的更多信息。

答案3

此主题已有一年历史(2016 年 10 月)。得票最高的答案之一推荐使用已有两年历史(2015 年)的 Intel NVMe 驱动程序。

2017 年 2 月,三星发布了固件升级使用基于 Linux 的启动 ISO 安装程序。在同一个链接上,您可以安装适用于 Windows 7/8/10 的驱动程序。我将很快在我的全新三星 960 Pro 和全新戴尔 i7-6700 笔记本电脑上安装它们。同时刷新 BIOS 并更新其他基于戴尔的驱动程序。

我认为重新审视这些旧帖子并向新用户提供当前(截至 2017 年 10 月 11 日)链接很重要,以便他们可以使用所有选项。

很多谷歌搜索都返回有关三星 960 Pro 在 Linux 下的性能缓慢,速度只有 Windows 的一半,所以我鼓励大家尽可能多地搜索选项。


scsi_mod.use_blk_mq=1实施内核参数后:

$ systemd-analyze
Startup finished in 7.052s (firmware) + 6.644s (loader) + 2.427s (kernel) + 8.440s (userspace) = 24.565s

删除内核参数并重新启动:

$ systemd-analyze
Startup finished in 7.060s (firmware) + 6.045s (loader) + 2.712s (kernel) + 8.168s (userspace) = 23.986s

因此现在看来,这scsi_mod.use_blk_mq=1使得系统慢点不会更快。不过,它曾经可能是有益的。

答案4

这里有一些有趣的信息:在 Windows 上,除非禁用缓存刷新,否则驱动器的性能不会符合评测基准。通常这不是直接完成的;而是安装供应商的驱动程序(在本例中为三星 NVMe 驱动程序)。

如果您使用供应商的驱动程序进行基准测试,然后在 Windows 中禁用缓存刷新,您会得到相同的数字。如果供应商没有忽略缓存刷新,则不太可能出现这种情况。

翻译到 Linux 领域,这意味着在 Windows 上,为了获得在所有评论中看到的大基准数字,您需要禁用fsync,这一切意味着可靠性(没有 fsync,或者具体来说,没有写入屏障,意味着在错误的时间断电可能会破坏整个 FS,这取决于实现 - 重新排序的写入会造成“不可能”的情况)。

三星的“数据中心”SSD 配有电容器,以确保缓存数据正确刷新。而他们的消费级硬盘则并非如此。

我刚刚从基本原理上解决了这个问题,昨天我为我的新构建添加了一个 1TB NVMe。我并不是特别高兴,并且我已经主动联系三星支持人员,看看他们怎么说 - 但我怀疑我会得到回复。

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