一、磁盤性能指標(biāo)（IOPS）轉(zhuǎn)

1、IOPS 的基礎(chǔ)知識(shí)：

       IOPS (Input/Output Per Second)即每秒的輸入輸出量(或讀寫次數(shù))，是衡量磁盤性能的主要指標(biāo)之一。IOPS是指單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)能處理的I/O請(qǐng)求數(shù)量，一般以每秒處理的I/O請(qǐng)求數(shù)量為單位，I/O請(qǐng)求通常為讀或?qū)憯?shù)據(jù)操作請(qǐng)求。

隨機(jī)讀寫--IOPS，順序讀寫--吞吐量

1、隨機(jī)讀寫頻繁的應(yīng)用，如小文件存儲(chǔ)(圖片)、OLTP數(shù)據(jù)庫、郵件服務(wù)器，關(guān)注隨機(jī)讀寫性能，IOPS是關(guān)鍵衡量指標(biāo)。 2、順序讀寫頻繁的應(yīng)用，傳輸大量連續(xù)數(shù)據(jù)，如電視臺(tái)的視頻編輯，視頻點(diǎn)播VOD(Video On Demand)，關(guān)注連續(xù)讀寫性能。數(shù)據(jù)吞吐量是關(guān)鍵衡量指標(biāo)。

IOPS和數(shù)據(jù)吞吐量適用于不同的場(chǎng)合，例如：讀取10000個(gè)1KB文件，用時(shí)10秒 Throught(吞吐量)=1MB/s ，IOPS=1000，追求IOPS；讀取1個(gè)10MB文件，用時(shí)0.2秒 Throught(吞吐量)=50MB/s, IOPS=5，追求吞吐量。

2、IOPS的計(jì)算方法

        磁盤的隨機(jī)IO服務(wù)時(shí)間:服務(wù)時(shí)間 = 尋道時(shí)間 + 旋轉(zhuǎn)時(shí)間 + 傳輸時(shí)間。

        磁盤是機(jī)械裝置，如FC, SAS, SATA磁盤，轉(zhuǎn)速通常為5400/7200/10K/15K rpm不等。影響磁盤的關(guān)鍵因素是磁盤服務(wù)時(shí)間，即磁盤完成一個(gè)I/O請(qǐng)求所花費(fèi)的時(shí)間，它由尋道時(shí)間、旋轉(zhuǎn)延遲和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間三部分構(gòu)成。

        尋道時(shí)間 Tseek是指將讀寫磁頭移動(dòng)至正確的磁道上所需要的時(shí)間。尋道時(shí)間越短，I/O操作越快，目前磁盤的平均尋道時(shí)間一般在3－15ms。

        旋轉(zhuǎn)延遲 Trotation是指盤片旋轉(zhuǎn)將請(qǐng)求數(shù)據(jù)所在扇區(qū)移至讀寫磁頭下方所需要的時(shí)間。旋轉(zhuǎn)延遲取決于磁盤轉(zhuǎn)速，通常使用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間的1/2表示。比如，7200 rpm的磁盤平均旋轉(zhuǎn)延遲大約為60*1000/7200/2 = 4.17ms，而轉(zhuǎn)速為15000 rpm的磁盤其平均旋轉(zhuǎn)延遲為2ms。

        數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間 Ttransfer是指完成傳輸所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間，它取決于數(shù)據(jù)傳輸率，其值等于數(shù)據(jù)大小除以數(shù)據(jù)傳輸率。目前IDE/ATA能達(dá)到133MB/s，SATA II可達(dá)到300MB/s的接口數(shù)據(jù)傳輸率，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間通常遠(yuǎn)小于前兩部分消耗時(shí)間。

        常見磁盤平均物理尋道時(shí)間為：

        7200轉(zhuǎn)/分的STAT硬盤平均物理尋道時(shí)間是9ms；

        10000轉(zhuǎn)/分的STAT硬盤平均物理尋道時(shí)間是6ms；

        15000轉(zhuǎn)/分的SAS硬盤平均物理尋道時(shí)間是4ms。

        常見硬盤的旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間為：

        7200 rpm的磁盤平均旋轉(zhuǎn)延遲大約為60*1000/7200/2 = 4.17ms；

       10000 rpm的磁盤平均旋轉(zhuǎn)延遲大約為60*1000/10000/2 = 3ms；

        15000 rpm的磁盤其平均旋轉(zhuǎn)延遲約為60*1000/15000/2 = 2ms。

        最大IOPS的理論計(jì)算方法：

        IOPS = 1000 ms/ (尋道時(shí)間 + 旋轉(zhuǎn)延遲)。可以忽略數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。

        7200 rpm的磁盤IOPS = 1000 / (9 + 4.17) = 76 IOPS；

        10000 rpm的磁盤IOPS = 1000 / (6+ 3) = 111 IOPS；

        15000 rpm的磁盤IOPS = 1000 / (4 + 2) = 166 IOPS。

        測(cè)量中，IOPS數(shù)值會(huì)受到很多因素的影響，包括I/O負(fù)載特征(讀寫比例，順序和隨機(jī)，工作線程數(shù)，隊(duì)列深度，數(shù)據(jù)記錄大小)、系統(tǒng)配置、操作系統(tǒng)、磁盤驅(qū)動(dòng)等等。因此對(duì)比測(cè)量磁盤IOPS時(shí)，必須在同樣的測(cè)試基準(zhǔn)下進(jìn)行，即便如此也會(huì)產(chǎn)生一定的隨機(jī)不確定性。

二、存儲(chǔ)系統(tǒng)模型

        塊存儲(chǔ)系統(tǒng)本質(zhì)是一個(gè)排隊(duì)模型，我們可以拿銀行作為比喻。

        銀行辦事流程：去前臺(tái)取單號(hào)--等待排在你之前的人辦完業(yè)務(wù)--輪到你去某個(gè)柜臺(tái)--柜臺(tái)職員幫你辦完手續(xù)1--柜臺(tái)職員幫你辦完手續(xù)2--柜臺(tái)職員幫你辦完手續(xù)3--辦完業(yè)務(wù)，從柜臺(tái)離開。

        銀行的效率：服務(wù)時(shí)間 = 手續(xù)1 + 手續(xù)2 + 手續(xù)3；響應(yīng)時(shí)間 = 服務(wù)時(shí)間 + 等待時(shí)間；性能 = 單位時(shí)間內(nèi)處理業(yè)務(wù)數(shù)量。

        銀行提高效率:增加柜臺(tái)數(shù)、降低服務(wù)時(shí)間。同理，排隊(duì)系統(tǒng)或存儲(chǔ)系統(tǒng)的優(yōu)化方法是：增加并行度、降低服務(wù)時(shí)間。

        每個(gè)硬盤都有一個(gè)磁頭(相當(dāng)于銀行的柜臺(tái))，硬盤的工作方式是：收到IO請(qǐng)求，得到地址和數(shù)據(jù)大小--移動(dòng)磁頭(尋址)--找到相應(yīng)的磁道(尋址)--讀取數(shù)據(jù)--傳輸數(shù)據(jù)。磁盤的隨機(jī)IO服務(wù)時(shí)間:服務(wù)時(shí)間 = 尋道時(shí)間 + 旋轉(zhuǎn)時(shí)間 + 傳輸時(shí)間。

        對(duì)于10000轉(zhuǎn)速的SATA硬盤來說，一般尋道時(shí)間是7 ms，旋轉(zhuǎn)時(shí)間是3 ms, 64KB的傳輸時(shí)間是 0.8 ms， 則SATA硬盤每秒可以進(jìn)行隨機(jī)IO操作是 1000/(7 + 3 + 0.8) = 93，所以我們估算SATA硬盤64KB隨機(jī)寫的IOPS是93。一般的硬盤廠商都會(huì)標(biāo)明順序讀寫的MBPS。

        我們?cè)诹谐鯥OPS時(shí)，需要說明IO大小，尋址空間，讀寫模式，順序/隨機(jī)，隊(duì)列深度。我們一般常用的IO大小是4KB，這是因?yàn)槲募到y(tǒng)常用的塊大小是4KB。