磁盘性能评价指标—IOPS和吞吐量
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IOPS (Input/Output Per Second)即每秒的输入输出量(或读写次数),是衡量磁盘性能的主要指标之一。IOPS是指单位时间内系统能处理的I/O请求数量,一般以每秒处理的I/O请求数量为单位,I/O请求通常为读或写数据操作请求。随机读写频繁的应用,如OLTP(Online Transaction Processing),IOPS是关键衡量指标。另一个重要指标是数据吞吐量(Throughput),指单位时间内可以成功传输的数据数量。对于大量顺序读写的应用,如VOD(Video On Demand),则更关注吞吐量指标。
传统磁盘本质上一种机械装置,如FC,SAS,SATA磁盘,转速通常为5400/7200/10K/15K rpm不等。影响磁盘的关键因素是磁盘服务时间,即磁盘完成一个I/O请求所花费的时间,它由寻道时间、旋转延迟和数据传输时间三部分构成。
寻道时间Tseek是指将读写磁头移动至正确的磁道上所需要的时间。寻道时间越短,I/O操作越快,目前磁盘的平均寻道时间一般在3-15ms。
旋转延迟Trotation是指盘片旋转将请求数据所在扇区移至读写磁头下方所需要的时间。旋转延迟取决于磁盘转速,通常使用磁盘旋转一周所需时间的1/2表示。比如,7200 rpm的磁盘平均旋转延迟大约为60*1000/7200/2 = 4.17ms,而转速为15000 rpm的磁盘其平均旋转延迟约为2ms。
数据传输时间Ttransfer是指完成传输所请求的数据所需要的时间,它取决于数据传输率,其值等于数据大小除以数据传输率。目前IDE/ATA能达到133MB/s,SATA II可达到300MB/s的接口数据传输率,数据传输时间通常远小于前两部分时间。
因此,理论上可以计算出磁盘的最大IOPS,即IOPS = 1000 ms/ (Tseek + Troatation),忽略数据传输时间。假设磁盘平均物理寻道时间为3ms, 磁盘转速为7200,10K,15K rpm,则磁盘IOPS理论最大值分别为,
IOPS = 1000 / (3 + 60000/7200/2) = 140
IOPS = 1000 / (3 + 60000/10000/2) = 167
IOPS = 1000 / (3 + 60000/15000/2) = 200
固态硬盘SSD是一种电子装置, 避免了传统磁盘在寻道和旋转上的时间花费,存储单元寻址开销大大降低,因此IOPS可以非常高,能够达到数万甚至数十万。实际测量中,IOPS数值会受到很多因素的影响,包括I/O负载特征(读写比例,顺序和随机,工作线程数,队列深度,数据记录大小)、系统配置、操作系统、磁盘驱动等等。因此对比测量磁盘IOPS时,必须在同样的测试基准下进行,即便如何也会产生一定的随机不确定性。通常情况下,IOPS可细分为如下几个指标:
Toatal IOPS,混合读写和顺序随机I/O负载情况下的磁盘IOPS,这个与实际I/O情况最为相符,大多数应用关注此指标。
Random Read IOPS,100%随机读负载情况下的IOPS。
Random Write IOPS,100%随机写负载情况下的IOPS。
Sequential Read IOPS,100%顺序负载读情况下的IOPS。
Sequential Write IOPS,100%顺序写负载情况下的IOPS。
IOPS的测试benchmark工具主要有Iometer, IoZone, FIO等,可以综合用于测试磁盘在不同情形下的IOPS。对于应用系统,需要首先确定数据的负载特征,然后选择合理的IOPS指标进行测量和对比分析,据此选择合适的存储介质和软件系统。下面的磁盘IOPS数据来自http://en.wikipedia.org/wiki/IOPS,给大家一个基本参考。
计算IOPS跟如下几个参数有关
1.服务器的硬盘个数: 这个就不用说了;
2.使用的RAID的方式:
Raid 0:他是条带操作,所以只需要写入一次就行了,Write Penalty(写惩罚)为1
Raid 1/10:因为是镜像操作,所以写的操作的时候要写入2次, Write Penalty 2
Raid 5:他们需要进行异或运算,所以读一个操作,再进行运算,写入一个操作,再读取一个校验位,之后再写入,所以整个完成是需要4个动作才能完成Write Penalty 4
Raid 6 :跟Raid相比多一个校验位和一个写操作,Write Penalty 为6
3.服务器的读写比例 服务器主要用来做什么?平时的读写操作的百分比是多少,File Server 大概的是1/2到1/3左右,WebServer 大概为1/4左右,具体的情况具体分析
4.硬盘类型 不同类型的硬盘IOPS值如下:
硬盘类型的IOPS值
不同磁盘类型的IOPS:
硬盘类型
硬盘类型 | IOPS |
---|---|
FC 15K RPM | 180 |
FC 10K RPM | 140 |
SAS 15K RPM | 180 |
SAS 10K RPM | 150 |
SATA 10K RPM | 290 |
SATA 7.2K RPM | 80 |
SATA 5.4K RPM | 40 |
Flash drive | 2500 |
IOPS的计算公式:
服务器的总的IOPS??=物理磁盘的IOPS * 硬盘的数量
可用的IOPS=?[ 服务器的总的IOPS? * (写入百分比) * Raid Write Penalty]+(服务器的总的IOPS? * 读百分比)
案例1:
现有一台HP P2000的存储服务器,12颗SAS 15K RPM的硬盘 ,用来制作Raid5,其中有一颗硬盘用来做冗余(备份),读写的比例大概为1/3,他的IOPS为多少;
根据上述公式可以得出下面IOPS
总IOPS=180 11 =1980
可用的IOPS=?1980(1/3)4+19802/3=
二、案例
1) 业务需求: 10TB 的FC 15K RPM存储空间,满足6000 IOPS,计算RAID5,RAID10分别需要多少块硬盘?
首先需要知道I/O中读操作与写操作所占的百分比。 假定6000 IOPS中读/写比是2:1
不同的RAID类型Drive 硬盘实际IOPS负载分别如下:
RAID10:(2/3)6000+2(1/3)*6000= 8000 IOPS
RAID5:(2/3)6000+4(1/3)*6000=12000 IOPS
参照不同硬盘类型的IOPS值,换算出需要多少块盘:
RAID10:8000 /180 = 45块
RAID5:12000/180 =67块
2) 一个RAID5,是由5块500G 10K RPM的FC盘组成,换算出该RAID支持的最大IOPS以及能够给前端应用提供的IOPS?
首先10K RPM的FC盘,单块盘的IOPS为140,5块盘最大IOPS值为700。
假设读写比为2:1,能够提供给前端应用的IOPS为:
(2/3)X+4(1/3)*X = 700
2*X = 700
X=350
能够提供给前端应用的IOPS为350。