虚拟机（ESXi）下硬盘性能的探索
【本文不讨论的】
想获得最高的虚拟机硬盘效率，是可以 直通sata控制器 的，这样阵列、休眠、smart信息等特性都可以直接使用。其次， 直通硬盘 也不错，单盘的效率基本接近原生。
这两种直通在ESXi、PVE、unRaid下性能都很好，虚拟机做nas强烈推荐这两种方式。但本文不会讨论这块，因为没什么研究空间了。。。
【本文讨论的】
如果你无法使用直通（比如说硬盘数量不够），那就必须创建虚拟磁盘了。如何创建一个适合自己的虚拟磁盘？尤其是虚拟机玩NAS或Windows等系统，占用磁盘空间大且有一定性能需求，该如何权衡？
本文只是想给出一些我尝试过的方法和结论，希望能够提供帮助。
【大致想法】
首先最简单的方法肯定是虚拟机下直接创建虚拟磁盘，那么虚拟磁盘的 硬盘控制器 、 精简置备 、 置零 这些选项对磁盘的性能到底有多大影响？精力有限，本文只研究了ESXi，其它虚拟系统情形大体相似。
如果你的虚拟机中有一个NAS（比如说群晖），你可能已经把最大最快的硬盘直通给它了。其它次要的系统可否 从NAS中分一部分硬盘空间使用 ，性能如何？是否实用？
【测试的环境】
主机（ESXi系统）：
CPU：E3-1265L v3 主硬盘：WDC WD5000BPVT（读取速度72MB/s）
群晖（虚拟机）：
直通了sata控制器，两块4T酷狼组raid0，虚拟万兆网卡
Win10（虚拟机）：
除系统盘外，对下面1、2、3、4情况各自建立了2G的虚拟磁盘，虚拟万兆网卡
【待测试的方案】
- ESXi下的 SCSI 厚置备、置零硬盘
- ESXi下的 SATA 厚置备、置零硬盘
- ESXi下的SATA厚置备、 延迟置零 硬盘
- ESXi下的SATA 精简置备 硬盘
- 群晖提供的 iSCSI 磁盘
- 群晖提供的 SMB 共享
- 群晖提供的 NFS 共享
接下来，我们按照解决疑问的方式一步步给出测试数据。
【SCSI有必要吗？】（方案1、2对比）
ESXi创建Windows虚拟机，会默认采用SCSI控制器。而我们一般家用主机，基本都是用SATA控制器的，SCSI一般只会在服务器上见到。是不是SCSI比SATA更高级呢？
理论上，SCSI会占用较少的CPU、有更好的扩展性，但硬件要求较高，所以家用很少用到。我们还是看看实测数据：
SATA（厚置备，置零）硬盘：读取58.9MB/s 写入47.8MB/s cpu平均2.8%
SCSI（厚置备，置零，半虚拟）硬盘：读取57.6MB/s 写入44.9MB/s cpu平均2.5%
（主机硬盘直接读取测试72MB/s）
为了方便对比，两块硬盘全都是厚置备、置零的配置。测得的速度相差不大，甚至SCSI还略低一丢丢。CPU占用SCSI略低一丢丢。考虑到测试有误差，可以认为两者的性能数据几乎一样。看来软件模拟出来的 SCSI、SATA性能差别不大 ，跟硬件SCSI、SATA的情况可能不一样。我个人偏向于使用SATA，因为平时主机就是SATA，兼容问题少（半虚拟的SCSI安装Windows需要额外驱动）。
【延迟置零有什么效果？】（方案2、3对比）
顾名思义，延迟置零可以把磁盘的置零操作延后，节省了创建虚拟机的时候卡住的那几秒或几分钟时间。实测在我这个烂硬盘上创建一个2G的置零磁盘差不多要1分多钟。我们来看看设置了延迟置零的硬盘的测试数据：
SATA（厚置备，延迟置零）硬盘第一次：读取1517.5MB/s 写入11.7MB/s
SATA（厚置备，延迟置零）硬盘第二次：读取58.5MB/s 写入48.8MB/s
SATA（厚置备，置零）硬盘：读取58.9MB/s 写入47.8MB/s （前面有数据截图）
第一次读取速度简直逆天！细想一下，很正常嘛，未置零的部分直接返回0就可以了，根本不需要真正的磁盘IO。再想一下，这个速度快有用吗？正常软件根本就不应该去读取硬盘的未初始化区域，总要先写入数据再读取才对。而第一次的写入速度就会比较悲剧了，因为写入的同时又要处理延迟置零，所以写入速度成倍下降。第二次读取、写入速度才是长期使用后磁盘的速度。
结论： 延迟置零会降低初次写入磁盘的性能 ，长期使用影响不大。从我个人而言，无所谓建立虚拟机的时候等几分钟，所以我还是不会选择延迟置零。
【精简置备划算吗？】（方案2、4对比）
精简置备是一个省硬盘空间的好办法，初期建立的虚拟磁盘文件会很小，随着写入数据而逐渐变大。（这里有人可能会疑惑，为什么精简置备没有区分置零和延迟置零？因为精简备至只能延迟置零了。换个角度：如果做了置零，也就不是精简置备了。）我们看看精简置备的性能数据：
SATA（精简置备）硬盘第一次：读取1639.6MB/s 写入12.2MB/s
SATA（精简置备）硬盘第二次：读取58.9MB/s 写入47.9MB/s
SATA（厚置备，置零）硬盘：读取58.9MB/s 写入47.8MB/s （前面有数据截图）
同样，第一次读取的速度是逆天的，第一次写入的数据是悲催的，原因跟延迟置零一样。结论似乎也是一样： 是否精简置备对长期使用的性能影响较小 。但是我的实际使用经验是，拿Windows这种操作系统跑精简置备的话， 精简备至后期的实际性能要低于测试值 。猜测原因可能是杂乱的磁盘使用导致虚拟磁盘文件出现大量碎片。
【iSCSI能有多快？】（方案5）
如果你的虚拟系统中包含一个nas虚拟机，比如群晖，那么让nas提供一个iSCSI网络硬盘给目标虚拟机用也是个不错的选择。看看测试数据：
群晖iSCSI（厚置备）网络硬盘：读取177.0MB/s 写入191.5MB/s
（单个原生盘的读取速度180MB/s，这里是双盘组了软raid 0）
这组数据已经跟之前的方案没有可比性了，因为基于的物理硬盘不一样。不过从这个数据可以看出， iSCSI的读写速度已经比较令人满意了 。实际长期使用较稳定，没有任何问题。有点遗憾的是理论上组了raid 0可以速度达到单盘的2倍，但这个才勉强1倍，不确定是软raid不太行还是什么原因（iperf3测试网络5G多速率）。有知道的老哥还请不惜赐教。
【SMB共享能做磁盘吗？】（方案5、6对比）
iSCSI的方案我用了厚置备以提升性能，但是这会带来很大的磁盘空间浪费。而且iSCSI一般不方便同时共享给多方使用。所以，我试了试把SMB（Samba）共享映射为驱动器。对比方案5测得的性能数据如下：
iSCSI磁盘：读取713MB/s 写入267MB/s
SMB共享：读取1143MB/s 写入297MB/s
因为HD Tune无法测试网络共享，所以只能换了CrystalDiskMark来测试，但后者的测试不那么准确，受缓存等影响较大。看起来 SMB的读取速度会高于iSCSI ，有点超出我认知。可能主要还是缓存影响了这部分数据。SMB共享因为是文件级的，可能受到了更多的缓存加速？
不过
SMB在实际使用中并不稳定
，而且还有两个问题：
一是不能做系统盘。因为SMB共享是在系统启动后加载的，而iSCSI磁盘的加载甚至可以从BIOS引导开始（设置有点麻烦，我没实验了）。
二是碎文件读写非常慢。
【NFS共享更快吗？】（方案6、7对比）
简单测试看不出差异，就不献丑了。直接借用别人的结论：
NFS在碎文件多的时候性能显著高于SMB
，大文件速度跟SMB不相上下。想看详细对比数据直接看老外的研究（也是基于群晖）：
Network share: Performance differences between NFS & SMB
但这个测试结果不是在Windows上得出的。我在 Windows上的实际使用速度还远不及SMB ，而且有不稳定的状况，经常卡住。
【结论】
需要 稳定高性能 的话，可以采用 虚拟SATA、厚置备、置零硬盘 。
如果需要 节省空间 ，则考虑 虚拟精简置备硬盘 。
如果 有NAS ，可以用NAS 做一个iSCSI硬盘 ，稳定度和速度都较好。
爱折腾 的也可以试试 SMB或NFS共享 ，如果能解决Windows下稳定性问题还请指点一下。
