磁盤IOPS概念及IOPS的計算
IOPS概念
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指標之一。IOPS是指單位時間內系統能處理的I/O請求數量,一般以每秒處理的 I/O請求數量為單位,I/O請求通常為讀或寫數據操作請求。隨機讀寫頻繁的應用,如OLTP(Online Transaction Processing),IOPS是關鍵衡量指標。另一個重要指標是數據吞吐量(Throughput),指單位時間內可以成功傳輸的數據數量。對於大量 順序讀寫的應用,如電視台的視頻編輯,視頻點播VOD(Video On Demand),則更關注吞吐量指標。
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IOPS計算方法
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、旋轉延遲和數據傳輸時間三部分構成。
尋道時間Tseek是指將讀寫磁頭移動至正確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是指盤片旋轉將請求數據所在扇區移至讀寫磁頭下方所需要的時間。旋轉延遲取決於磁盤轉速,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約為2ms。
數據傳輸時間Ttransfer是指完成傳輸所請求的數據所需要的時間,它取決於數據傳輸率,其值等於數據大小除以數據傳輸率。目前IDE/ATA能達到133MB/s,SATA II可達到300MB/s的接口數據傳輸率,數據傳輸時間通常遠小於前兩部分時間。
因此,理論上可以計算出磁盤的最大IOPS,即IOPS = 1000 ms/ (Tseek + Troatation),忽略數據傳輸時間。假設磁盤平均物理尋道時間為3ms, 磁盤轉速為7200,10K,15K rpm,則磁盤IOPS理論最大值分別為, www.2cto.com
IOPS = 1000 / (3 + 60000/7200/2) = 140
IOPS = 1000 / (3 + 60000/10000/2) = 167
IOPS = 1000 / (3 + 60000/15000/2) = 200
固 態硬盤SSD是一種電子裝置, 避免了傳統磁盤在尋道和旋轉上的時間花費,存儲單元尋址開銷大大降低,因此IOPS可以非常高,能夠達到數萬甚至數十萬。實際測量中,IOPS數值會受到 很多因素的影響,包括I/O負載特征(讀寫比例,順序和隨機,工作線程數,隊列深度,數據記錄大小)、系統配置、操作系統、磁盤驅動等等。因此對比測量磁 盤IOPS時,必須在同樣的測試基准下進行,即便如何也會產生一定的隨機不確定性。通常情況下,IOPS可細分為如下幾個指標:
Toatal IOPS,混合讀寫和順序隨機I/O負載情況下的磁盤IOPS,這個與實際I/O情況最為相符,大多數應用關注此指標。
Random Read IOPS,100%隨機讀負載情況下的IOPS。
Random Write IOPS,100%隨機寫負載情況下的IOPS。
Sequential Read IOPS,100%順序負載讀情況下的IOPS。
Sequential Write IOPS,100%順序寫負載情況下的IOPS。
IOPS的測試benchmark工具主要有Iometer, IoZone, FIO等,可以綜合用於測試磁盤在不同情形下的IOPS。對於應用系統,需要首先確定數據的負載特征,然後選擇合理的IOPS指標進行測量和對比分析,據此選擇合適的存儲介質和軟件系統。