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伺服器磁盤IOPS

iops(input/output operations per second)是一個用于計算機儲存設備(如硬碟(hdd)、固态硬碟(ssd)或存儲區域網絡(san))性能測試的量測方式,可以視為是每秒的讀寫次數。和其他性能測試一樣,儲存設備制造商提出的iops不保證就是實際應用下的性能。

iops可以用應用程式來量測,例如一開始由微軟開發的iometer,像iozone及fio也有類似功能,iops主要會用在伺服器,以找到最佳的存儲配置。

iops的數值會随系統配置而有很大的不同,依測試者在測試時的控制變因而異,控制變因包括讀取及寫入的比例、其中循序通路及随機存取的比例及配置方式、線程數量及通路隊列深度,以及資料區塊的大小。其他因素也會影響iops的結果,例如系統設定、儲存設備的驅動程式、作業系統背景運作的作業等。若在測試固态硬碟時,是否先進行預調(preconditioning)機制也會影響iops的結果。

機械硬碟的連續讀寫性很好, 但随機讀寫性能很差。這是因為磁頭移動至正确的磁道上需要時間,随機讀寫時,磁頭不停的移動,時間都花在了磁頭尋道上,是以性能不高。

在存儲小檔案(圖檔)、oltp資料庫應用時,随機讀寫性能(iops)是最重要名額。

iops (input/output per second)即每秒的輸入輸出量(或讀寫次數),是衡量磁盤性能的主要名額之一。iops是指機關時間内系統能處理的i/o請求數量,一般以每秒處理的i/o請求數量為機關,i/o請求通常為讀或寫資料操作請求。

随機讀寫頻繁的應用,如小檔案存儲(圖檔)、oltp資料庫、郵件伺服器,關注随機讀寫性能,iops是關鍵衡量名額。

順序讀寫頻繁的應用,傳輸大量連續資料,如電視台的視訊編輯,視訊點播vod(video on demand),關注連續讀寫性能。資料吞吐量是關鍵衡量名額。

iops和資料吞吐量适用于不同的場合:

性能特性

最常量測的性能特性是随機存取及循序通路時的iops。循序通路是通路儲存設備中相鄰位置的資料,一般和較大的資料區塊通路有關,例如128kb,随機存取是通路儲存設備中非相鄰位置的資料.一般通路的資料區塊比較少,例如4kb。

最常見的性能特性如下:

伺服器磁盤IOPS

對于硬碟或是其他類似的機電儲存設備,其随機存取iops主要和儲存設備的尋址時間有關,若是固态硬碟及其他固态電子裝置,其随機存取iops主要和儲存設備的内部控制器及記億體接口速度有關。這兩種裝置的循序通路iops(尤其是通路大資料區塊)一般會包括儲存設備可以持續的最大帶寬。

有些硬體會因為其隊列深度增加而提升其性能,這多半是因為硬碟處理隊列及重新排序(reordering)的先進控制器邏輯的結果,此邏輯一般稱為标記指令隊列(tcq)或原生指令排序(ncq)。企業檔次的sata硬碟,例如western digital raptor及希捷的barracuda nl配合深隊列可以提升性能到100%。較常用在伺服器的高端scsi硬碟,一般性能有更大的提升。

傳統的硬碟讀取和寫入的iops大約相同,而大部分閃存ssd的寫入速度明顯比讀取慢很多,原因是無法寫入一個之前寫過的區域,會強制啟動垃圾資料回收功能。是以硬體測試開始在測試iops性能時,分開測試寫入和讀取。

像intel x25-e等較新的閃存ssd固态硬碟其iops會比傳統的硬碟要高,在xssist進行的一個測試中,用iometer軟體,4kb随機存取,讀取/寫入比例為70/30,隊列深度4,intel x25-e 64gb g1的iops一開始有 10000 iops,在八分鐘後快速掉到4000 iops,之後的42分鐘持續的下降,自第50分鐘起到第八小時之間,iops在3000至4000之間變化。即使第50分鐘iops快速下降,x25-e的iops仍較傳統硬碟要高。像oczrevodrive 3 x2 pcie用sandforce控制器,其持續寫入性能和讀取速度大緻相近。

一些iops的示例

随機存取處理下,一些常見的iops平均值,計算方式是:1/(尋址時間 + 回應時間) = iops

伺服器磁盤IOPS

傳統磁盤本質上一種機械裝置,如fc, sas, sata磁盤,轉速通常為5400/7200/10k/15k rpm不等。影響磁盤的關鍵因素是磁盤服務時間,即磁盤完成一個i/o請求所花費的時間,它由尋道時間、旋轉延遲和資料傳輸時間三部分構成。

尋道時間 tseek是指将讀寫磁頭移動至正确的磁道上所需要的時間。尋道時間越短,i/o操作越快,目前磁盤的平均尋道時間一般在3-15ms。

旋轉延遲 trotation是指盤片旋轉将請求資料所在扇區移至讀寫磁頭下方所需要的時間。旋轉延遲取決于磁盤轉速,通常使用磁盤旋轉一周所需時間的1/2表示。比如,7200 rpm的磁盤平均旋轉延遲大約為60*1000/7200/2 = 4.17ms,而轉速為15000 rpm的磁盤其平均旋轉延遲為2ms。

資料傳輸時間 ttransfer是指完成傳輸所請求的資料所需要的時間,它取決于資料傳輸率,其值等于資料大小除以資料傳輸率。目前ide/ata能達到133mb/s,sata ii可達到300mb/s的接口資料傳輸率,資料傳輸時間通常遠小于前兩部分消耗時間。簡單計算時可忽略。

常見磁盤平均實體尋道時間為:

常見硬碟的旋轉延遲時間為:

最大iops的理論計算方法

伺服器磁盤IOPS

作者:varden

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