存储磁盘性能评估

1.IOPS (Input/Output Per Second)
IOPS 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(OnlineTransaction 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。
（1）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。
（2）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。
（3）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（MBPS），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。

2.IOPS的计算：

因此，理论上可以计算出磁盘的最大IOPS，即IOPS = 1000ms/ (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,15Krpm，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

计算过程如下：
每个I/O 请求到磁盘都需要若干时间。主要是因为磁盘的盘边必须旋转，机头必须寻道。磁盘的旋转常常被称为”Rotational Delay”(RD)，机头的移动称为”Disk Seek”(DS)。一个I/O 请求所需的时间计算就是DS加上RD。磁盘的RD 基于设备自身RPM 单位值(译注:RPM 是Revolutions Perminute的缩写，是转/每分钟，代表了硬盘的转速)。一个RD 就是一个盘片旋转的半圆。
如何计算一个10K RPM设备的RD 值呢:
1， 10000 RPM / 60 seconds (10000/60 = 166 RPS)
2， 转换为 166分之1 的值(1/166 = 0。006 seconds/Rotation)  --每转需要的时间
3， 单位转换为毫秒(6 MS/Rotation)
4， 旋转半圆的时间(6/2 = 3MS) 也就是 RD
5， 加上平均3 MS 的寻道时间 (3MS + 3MS = 6MS)
6， 加上2MS 的延迟(6MS + 2MS = 8MS)
7， 1000 MS / 8 MS (1000/8 = 125 IOPS)   －－每秒钟能产生的IO数
每次应用程序产生一个I/O，在10K RPM磁盘上都要花费平均 8MS。

IOPS 可以计算出大致的I/O 请求数，10K RPM 磁盘有能力提供120-150 次IOPS。评估IOPS 的效能，可用每秒读写I/O 字节数除以每秒读写IOPS 数得出。
PS：per I/O产生的KB 字节数是与系统本身workload相关的，有2种不同workload的类型，它们是sequential和random。

3.RAID IOPS计算
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。
 首先需要知道I/O中读操作(Read)与写操作(Write)所占的百分比。然后通过下列公式，将主机的IOPS需求转换成硬盘实际IOPS负载：

RAID类型

公式

RAID 5和3

Drive IOPS = Read IOPS + 4*Write IOPS

RAID 6

Drive IOPS = Read IOPS + 6*Write IOPS

RAID 1和1/0

Drive IOPS = Read IOPS + 2*Write IOPS

4.测试工具

  IOPS的测试benchmark工具主要有Iometer, IoZone, FIO
  而ORION (OracleI/O Calibration Tool) Oracle 公司推出的一个校准数据库的存储系统 I/O 性能的独立工具。

5.Mbps和 MBps  
  bps"是指"bit per second"。而实际速度所指的Bps是指"Byte persecond"（1Byte=8bit）

学习资料：http://en.wikipedia.org/wiki/IOPS

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