磁盘性能指标-IOPS、吞吐量

IOPS

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,如小文件存储(图片)、OLTP数据库、邮件服务器,关注随机读写性能,IOPS是关键衡量指标。
顺序读写频繁的应用,传输大量连续数据,如电视台的视频编辑,视频点播VOD(Video On Demand),关注连续读写性能。数据吞吐量是关键衡量指标。

IOPS和数据吞吐量适用于不同的场合:
读取10000个1KB文件,用时10秒 Throught(吞吐量)=1MB/s ,IOPS=1000 追求IOPS
读取1个10MB文件,用时0.2秒 Throught(吞吐量)=50MB/s, IOPS=5 追求吞吐量

简而言之:
磁盘的 IOPS,也就是在一秒内,磁盘进行多少次 I/O 读写。
磁盘的吞吐量,也就是每秒磁盘 I/O 的流量,即磁盘写入加上读出的数据的大小。

IOPS计算公式

对于磁盘来说一个完整的IO操作是这样进行的:当控制器对磁盘发出一个IO操作命令的时候,磁盘的驱动臂(Actuator Arm)带读写磁头(Head)离开着陆区(Landing Zone,位于内圈没有数据的区域),移动到要操作的初始数据块所在的磁道(Track)的正上方,这个过程被称为寻址(Seeking),对应消耗的时间被称为寻址时间(Seek Time);但是找到对应磁道还不能马上读取数据,这时候磁头要等到磁盘盘片(Platter)旋转到初始数据块所在的扇区(Sector)落在读写磁头正上方的之后才能开始读取数据,在这个等待盘片旋转到可操作扇区的过程中消耗的时间称为旋转延时(Rotational Delay);接下来就随着盘片的旋转,磁头不断的读/写相应的数据块,直到完成这次IO所需要操作的全部数据,这个过程称为数据传送(Data Transfer),对应的时间称为传送时间(Transfer Time)。完成这三个步骤之后一次IO操作也就完成了。

常见磁盘平均物理寻道时间为:

7200转/分的STAT硬盘平均物理寻道时间是9ms
10000转/分的STAT硬盘平均物理寻道时间是6ms
15000转/分的SAS硬盘平均物理寻道时间是4ms

常见硬盘的旋转延迟时间为:

7200 rpm的磁盘平均旋转延迟大约为601000/7200/2 = 4.17ms
10000 rpm的磁盘平均旋转延迟大约为60
1000/10000/2 = 3ms,
15000 rpm的磁盘其平均旋转延迟约为60*1000/15000/2 = 2ms。

最大IOPS的理论计算方法

IOPS = 1000 ms/ (寻道时间 + 旋转延迟)。可以忽略数据传输时间。

7200 rpm的磁盘IOPS = 1000 / (9 + 4.17) = 76 IOPS
10000 rpm的磁盘IOPS = 1000 / (6+ 3) = 111 IOPS
15000 rpm的磁盘IOPS = 1000 / (4 + 2) = 166 IOPS

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