服务器硬盘IOPS计算

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

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。