IOPS計(jì)算公式 - IO系統(tǒng)衡量性能的幾個(gè)指標(biāo)

　　現(xiàn)在我們就可以得出這樣的計(jì)算單次IO時(shí)間的公式：

　　IO Time = Seek Time + 60 sec/Rotational Speed/2 + IO Chunk Size/Transfer Rate

　　于是我們可以這樣計(jì)算出IOPS

　　IOPS = 1/IO Time = 1/(Seek Time + 60 sec/Rotational Speed/2 + IO Chunk Size/Transfer Rate)

　　對(duì)于給定不同的IO大小我們可以得出下面的一系列的數(shù)據(jù)

　　4K (1/7.1 ms = 140 IOPS)

　　5ms + (60sec/15000RPM/2) + 4K/40MB = 5 + 2 + 0.1 = 7.1

　　8k (1/7.2 ms = 139 IOPS)

　　5ms + (60sec/15000RPM/2) + 8K/40MB = 5 + 2 + 0.2 = 7.2

　　16K (1/7.4 ms = 135 IOPS)

　　5ms + (60sec/15000RPM/2) + 16K/40MB = 5 + 2 + 0.4 = 7.4

　　32K (1/7.8 ms = 128 IOPS)

　　5ms + (60sec/15000RPM/2) + 32K/40MB = 5 + 2 + 0.8 = 7.8

　　64K (1/8.6 ms = 116 IOPS)

　　5ms + (60sec/15000RPM/2) + 64K/40MB = 5 + 2 + 1.6 = 8.6

　　從上面的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)單次IO越小的時(shí)候，單次IO所耗費(fèi)的時(shí)間也越少，相應(yīng)的IOPS也就越大。

　　上面我們的數(shù)據(jù)都是在一個(gè)比較理想的假設(shè)下得出來(lái)的，這里的理想的情況就是磁盤要花費(fèi)平均大小的尋址時(shí)間和平均的旋轉(zhuǎn)延時(shí)，這個(gè)假設(shè)其實(shí)是比較符合我們實(shí)際情況中的隨機(jī)讀寫，在隨機(jī)讀寫中，每次IO操作的尋址時(shí)間和旋轉(zhuǎn)延時(shí)都不能忽略不計(jì)，有了這兩個(gè)時(shí)間的存在也就限制了IOPS的大小?，F(xiàn)在我們考慮一種相對(duì)極端的順序讀寫操作，比如說(shuō)在讀取一個(gè)很大的存儲(chǔ)連續(xù)分布在磁盤的的文件，因?yàn)槲募拇鎯?chǔ)的分布是連續(xù)的，磁頭在完成一個(gè)讀IO操作之后，不需要從新的尋址，也不需要旋轉(zhuǎn)延時(shí)，在這種情況下我們能到一個(gè)很大的IOPS值，如下

　　4K (1/0.1 ms = 10000 IOPS)

　　0ms + 0ms + 4K/40MB = 0.1

　　8k (1/0.2 ms = 5000 IOPS)

　　0ms + 0ms + 8K/40MB = 0.2

　　16K (1/0.4 ms = 2500 IOPS)

　　0ms + 0ms + 16K/40MB = 0.4

　　32K (1/0.8 ms = 1250 IOPS)

　　0ms + 0ms + 32K/40MB = 0.8

　　64K (1/1.6 ms = 625 IOPS)

　　0ms + 0ms + 64K/40MB = 1.6

　　相比第一組數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)差距是非常的大的，因此當(dāng)我們要用IOPS來(lái)衡量一個(gè)IO系統(tǒng)的系能的時(shí)候我們一定要說(shuō)清楚是在什么情況的IOPS，也就是要說(shuō)明讀寫的方式以及單次IO的大小，當(dāng)然在實(shí)際當(dāng)中，特別是在OLTP的系統(tǒng)的，隨機(jī)的小IO的讀寫是最有說(shuō)服力的。

　　第5頁(yè)：傳輸速度/吞吐率

　　傳輸速度(Transfer Rate)/吞吐率(Throughput)

　　現(xiàn)在我們要說(shuō)的傳輸速度(另一個(gè)常見(jiàn)的說(shuō)法是吞吐率)不是磁盤上所表明的最大傳輸速度或者說(shuō)理想傳輸速度，而是磁盤在實(shí)際使用的時(shí)候從磁盤系統(tǒng)總線上流過(guò)的數(shù)據(jù)量。有了IOPS數(shù)據(jù)之后我們是很容易就能計(jì)算出對(duì)應(yīng)的傳輸速度來(lái)的

　　Transfer Rate = IOPS * IO Chunk Size

　　還是那上面的第一組IOPS的數(shù)據(jù)我們可以得出相應(yīng)的傳輸速度如下

　　4K: 140 * 4K = 560K / 40M = 1.36%

　　8K: 139 * 8K = 1112K / 40M = 2.71%

　　16K: 135 * 16K = 2160K / 40M = 5.27%

　　32K: 116 * 32K = 3712K / 40M = 9.06%

　　可以看出實(shí)際上的傳輸速度是很小的，對(duì)總線的利用率也是非常的小。

　　這里一定要明確一個(gè)概念，那就是盡管上面我們使用IOPS來(lái)計(jì)算傳輸速度，但是實(shí)際上傳輸速度和IOPS是沒(méi)有直接關(guān)系，在沒(méi)有緩存的情況下它們共同的決定因素都是對(duì)磁盤系統(tǒng)的訪問(wèn)方式以及單個(gè)IO的大小。對(duì)磁盤進(jìn)行隨機(jī)訪問(wèn)時(shí)候我們可以利用IOPS來(lái)衡量一個(gè)磁盤系統(tǒng)的性能，此時(shí)的傳輸速度不會(huì)太大;但是當(dāng)對(duì)磁盤進(jìn)行連續(xù)訪問(wèn)時(shí)，此時(shí)的IOPS已經(jīng)沒(méi)有了參考的價(jià)值，這個(gè)時(shí)候限制實(shí)際傳輸速度卻是磁盤的最大傳輸速度。因此在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，只會(huì)用IOPS來(lái)衡量小IO的隨機(jī)讀寫的性能，而當(dāng)要衡量大IO連續(xù)讀寫的性能的時(shí)候就要采用傳輸速度而不能是IOPS了。

　　第6頁(yè)：IO響應(yīng)時(shí)間

　　IO響應(yīng)時(shí)間(IO Response Time)

　　最后來(lái)關(guān)注一下能直接描述IO性能的IO響應(yīng)時(shí)間。IO響應(yīng)時(shí)間也被稱為IO延時(shí)(IO Latency)，IO響應(yīng)時(shí)間就是從操作系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)出的一個(gè)讀或者寫的IO命令到操作系統(tǒng)內(nèi)核接收到IO回應(yīng)的時(shí)間，注意不要和單個(gè)IO時(shí)間混淆了，單個(gè)IO時(shí)間僅僅指的是IO操作在磁盤內(nèi)部處理的時(shí)間，而IO響應(yīng)時(shí)間還要包括IO操作在IO等待隊(duì)列中所花費(fèi)的等待時(shí)間。

　　計(jì)算IO操作在等待隊(duì)列里面消耗的時(shí)間有一個(gè)衍生于利托氏定理(Little’s Law)的排隊(duì)模型M/M/1模型可以遵循，由于排隊(duì)模型算法比較復(fù)雜，到現(xiàn)在還沒(méi)有搞太明白(如果有誰(shuí)對(duì)M/M/1模型比較精通的話歡迎給予指導(dǎo))，這里就羅列一下最后的結(jié)果，還是那上面計(jì)算的IOPS數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)：

　　8K IO Chunk Size (135 IOPS, 7.2 ms)

　　135 => 240.0 ms

　　105 => 29.5 ms

　　75 => 15.7 ms

　　45 => 10.6 ms

　　64K IO Chunk Size(116 IOPS, 8.6 ms)

　　135 => 沒(méi)響應(yīng)了……

　　105 => 88.6 ms

　　75 => 24.6 ms

　　45 => 14.6 ms

　　從上面的數(shù)據(jù)可以看出，隨著系統(tǒng)實(shí)際IOPS越接近理論的最大值，IO的響應(yīng)時(shí)間會(huì)成非線性的增長(zhǎng)，越是接近最大值，響應(yīng)時(shí)間就變得越大，而且會(huì)比預(yù)期超出很多。一般來(lái)說(shuō)在實(shí)際的應(yīng)用中有一個(gè)70%的指導(dǎo)值，也就是說(shuō)在IO讀寫的隊(duì)列中，當(dāng)隊(duì)列大小小于最大IOPS的70%的時(shí)候，IO的響應(yīng)時(shí)間增加會(huì)很小，相對(duì)來(lái)說(shuō)讓人比較能接受的，一旦超過(guò)70%，響應(yīng)時(shí)間就會(huì)戲劇性的暴增，所以當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的IO壓力超出最大可承受壓力的70%的時(shí)候就是必須要考慮調(diào)整或升級(jí)了。

　　另外補(bǔ)充說(shuō)一下這個(gè)70%的指導(dǎo)值也適用于CPU響應(yīng)時(shí)間，這也是在實(shí)踐中證明過(guò)的，一旦CPU超過(guò)70%，系統(tǒng)將會(huì)變得受不了的慢。很有意思的東西。