磁盤IOPS計算與測量

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，通常以每秒處理的I/O請求數量爲單位，I/O請求一般爲讀或寫數據操做請求。隨機讀寫頻繁的應用，如OLTP(Online Transaction Processing)，IOPS是關鍵衡量指標。另外一個重要指標是數據吞吐量(Throughput)，指單位時間內能夠成功傳輸的數據數量。對於大量順序讀寫的應用，如VOD(Video On Demand)，則更關注吞吐量指標。 

傳統磁盤本質上一種機械裝置，如FC, SAS, SATA磁盤，轉速一般爲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須要的時間。尋道時間越短，I/O操做越快，目前磁盤的平均尋道時間通常在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須要的時間。旋轉延遲取決於磁盤轉速，一般使用磁盤旋轉一週所需時間的1/2表示。好比，7200 rpm的磁盤平均旋轉延遲大約爲60*1000/7200/2 = 4.17ms，而轉速爲15000 rpm的磁盤其平均旋轉延遲約爲2ms。 

數據傳輸時間Ttransfer是指完成傳輸所請求的數據所須要的時間，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，數據傳輸時間一般遠小於前兩部分時間。 

所以，理論上能夠計算出磁盤的最大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爲3ms, 磁盤轉速爲7200,10K,15K rpm，則磁盤IOPS理論最大值分別爲，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下降，所以IOPS能夠很是高，可以達到數萬甚至數十萬。實際測量中，IOPS數值會受到不少因素的影響，包括I/O負載特徵(讀寫比例，順序和隨機，工做線程數，隊列深度，數據記錄大小)、系統配置、操做系統、磁盤驅動等等。所以對比測量磁盤IOPS時，必須在一樣的測試基準下進行，即使如何也會產生必定的隨機不肯定性。一般狀況下，IOPS可細分爲以下幾個指標：Toatal IOPS，混合讀寫和順序隨機I/O負載狀況下的磁盤IOPS，這個與實際I/O狀況最爲相符，大多數應用關注此指標。 

Random Read IOPS，100%隨機讀負載狀況下的IOPS。 Random Write IOPS，100%隨機寫負載狀況下的IOPS。 Sequential Read IOPS，100%順序負載讀狀況下的IOPS。 Sequential Write IOPS，100%順序寫負載狀況下的IOPS。 

IOPS的測試benchmark工具主要有Iometer, IoZone, FIO等，能夠綜合用於測試磁盤在不一樣情形下的IOPS。對於應用系統，須要首先肯定數據的負載特徵，而後選擇合理的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。下面的磁盤IOPS數據來自http://en.wikipedia.org/wiki/IOPS，給你們一個基本參考。

 

 

Device IOPS Interface Notes 

7200 

RPM SATA drives 

~90 IOPS SATA II   

10k 

RPM SATA drives, queue depth 1 

~130 IOPS 

SATA II 

fio -readonly -name iops 

-rw=randread -bs=512 -runtime=20 -iodepth 1 -filename /dev/sda -ioengine libaio -direct=1 

10k RPM Serial Attached SCSI drives 

~140 IOPS SAS   

15k RPM Serial Attached SCSI drives 

~180 IOPS SAS   

10k 

RPM SATA drives, queue depth 24 

~290 IOPS 

SATA II 

fio -readonly -name iops -rw=randread -bs=512 -runtime=20 -iodepth 24 -filename /dev/sda -ioengine libaio -direct=1 

Simple SLC SSD ~400 IOPS SATA II   

 

 

 

 

 

 

Intel X25-M G2 (MLC; As of March 2010) 

~8,600 IOPS 

SATA II 

Intel's data sheet claims 6,600/8,600 

IOPS (80GB/160GB version) and 35,000 IOPS for random 4KB writes and reads, respectively. 

Intel X25-E (SLC; As of March 2009) 

~5,000 IOPS 

SATA II 

Intel's data sheet claims 3,300 IOPS and 35,000 IOPS for writes and 

reads, respectively. 5,000 IOPS are measured for a mix. Intel X25-E G1 has around 3 times higher IOPS compared to the Intel X25-M G2. 

OCZ Z-Drive e84, a PCI Express SLC Solid State Drive 

16,000 IOPS 

PCIe 

Maximum read/write speed of 800/750 MB/s). 

G.Skill Phoenix Pro et. al. 

~20,000 IOPS 

SATA III 

SandForce-1200 based SSD drives with enhanced firmware, states up to 

50,000 IOPS, but real-world 

performance shows for all drives from different manufacturers ~25,000 IOPS for random read and ~15,000 IOPS for random write.  

ioDrive, a PCI-Express card with Flash 

140,000 Read 

IOPS, 135,000 

Write IOPS 

PCIe 

  

ioDrive Duo 250,000+ IOPS  PCIe   

DDRdrive X1, a May 2009 PCI Express based solid-state drive 

300,000+ (512B 

Random Read IOPS) and 200,000+ (512B Random Write IOPS)  

PCIe 

  

 

 

 

 

 

 

Texas Memory System  RamSan-20 120,000+ Random Read/Write IOPS 

PCIe 

Inlude RAM cache and UltraCapacitor to preserve the memory non-volatile 

Texas Memory System  RamSan-630 Appliance 

1,000,000+ Random Read/Write IOPS FC / InfiniBand 

  

Violin Memory Appliance 

1,000,000+ 

Random Read/Write IOPS Proprietary interconnect 

  

ioDrive Octal (single PCI Express card) 

1,000,000+ 

Random Read/Write IOPS 

PCIe