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關于數存

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2014.05.05

論存儲IOPS和Throughput吞吐量之間的關系

論存儲IOPS和Throughput吞吐量之間的關系

 

IOPS和Throughput吞吐量兩個參數是衡量存儲性能的主要指標。IOPS表示存儲每秒傳輸IO的數量,Throughput吞吐量則表示每秒數據的傳輸總量。兩者在不同的情況下都能表示存儲的性能狀況,但應用的場景不盡相同。同時,兩者之間也存在著相互的聯系,本文就IOPS和 Throughput吞吐量對存儲性能衡量的場景入手,描述兩者之間的變化關系與計算方法。幫助讀者更好的了解存儲的性能分析與規劃。

 

IOPS與Throughput的關系:

IOPS(IO per Second)是用來計算I/O流中每個節點中每秒傳輸的數量(關于IO流中的每個節點的解釋,參考文章:淺析I/O處理過程與存儲性能的關系)。 通常情況下,廣義的IOPS指得是服務器和存儲系統處理的I/O數量。但是,由于在IO傳輸的過程中,數據包會被分割成多塊(block),交由存儲陣列 緩存或者磁盤處理,對于磁盤來說這樣每個block在存儲系統內部也被視為一個I/O,存儲系統內部由緩存到磁盤的的數據處理也會以IOPS來作為計量的 指標之一。本文中提到的IOPS,是指得廣義的IOPS,即由服務器發起的,并由存儲系統中處理的I/O單位。

IOPS通常對于小I/O,且傳輸I/O的數量比較大的情況下,是一個最主要的衡量指標。例如,典型的OLTP系統中,高的IOPS則意味著數據庫的事務可以被存儲系統處理。

Throughput吞吐量是用來計算每秒在I/O流中傳輸的數據總量。這個指標,在大多數的磁盤性能計算工具中都會顯示,最簡單的在Windows文件 拷貝的時候,就會顯示MB/s。通常情況下,Throughput吞吐量只會計算I/O包中的數據部分,至于I/O包頭的數據則會被忽略在 Throughput吞吐量的計算中。廣義上的Throughput吞吐量,也會被叫做“帶寬”,用來衡量I/O流中的傳輸通道,比如2/4/8Gbps Fibre Channel、60Mbps SCSI等等。但 “帶寬”會包括通道中所有數據的總傳輸量的最大值,而Throughput吞吐量則是只保護傳輸的實際數據,兩者還是有些許區別。

Throughput吞吐量衡量對于大I/O,特別是傳輸一定數據的時候最小化耗時非常有用。備份數據的時候是一個典型的例子。在備份作業中,我們通常不會關心有多少I/O被存儲系統處理了,而是完成備份總數據的時間多少。

IOPS和Throughput吞吐量之間存在著線性的變化關系,而決定它們的變化的變量就是每個I/O的大小。當被傳輸的I/O比較小的情況下,每個I/O所需傳輸的時間會比較少,單位時間內傳輸的I/O數量就多。

而由于處理數據包頭,總的時間內傳輸實際數據相對較低。

I/O尺寸比較大的情況下,傳輸每個I/O的時間增大,IOPS數量下降。但是相比更高的百分比的I/O通道用來傳輸實際數據,Throughput則明顯上升。

 

我們可以用一個簡單的公式來計算Throughput和IOPS之間的關系:

Throughput MB/s = IOPS * KB per IO / 1024

假設一個10個10K SAS磁盤,每個磁盤提供140 IOPS,總共有1400最大IOPS。理論上這些磁盤處理不同的IO大小,所能達到的Throughput吞吐量是有區別的。簡單的來說,物理層面 IOPS和Throughput哪個先達到了物理磁盤的極限,就決定了這個物理磁盤的性能閥值。下面的計算公式可以看到,單位I/O大小可以使得吞吐量成 倍提升,但是未能達到10個SAS磁盤1GB/S(每個磁盤100MB/s帶寬)的理論“帶寬”。顯而易見,因為大多數應用的I/O不會那么大,所以你會 看到存儲陣列的吞吐量遠小于廠商提供的理論值,原因就是因為IOPS先達到了性能閥值,使得吞吐量無法再提升。當然也有特殊的應用,例如流媒體服務器等, 應用端可以使用2MB的I/O大小,那么吞吐量利用率顯然會更加高,IOPS的要求則相對較低了。

MB/s = 1400 * 64 /1024 = 87.5 MB/s

MB/s = 1400 * 128 /1024 = 175 MB/s

MB/s = 1400 * 256 /1024 = 350 MB/s

綜上所述,在規劃存儲性能和處理存儲性能問題的時候,需要綜合看IOPS和Throughput吞吐量這兩個參數,本文的觀點總結為以下幾點:

1. 性能工具統計的Throughput吞吐量永遠達不到實際的I/O流中節點的理論“帶寬”,原因是性能工具不會統計I/O的包頭信息,而是實際的數據傳輸量。

2. 磁盤物理層面IOPS和Throughput哪個先達到了物理磁盤的極限,就決定了這個物理磁盤的性能閥值,然而決定哪個先達到性能閥值的就是I/O的大小。

3. 性能監控工具顯示IOPS低或者Throughput低于預期,先不要直接認為存儲性能存在問題,搞清楚應用的I/O大小,再做后續判斷。

4. 存儲性能另外一個重要因素還有磁盤響應時間(Response Time),本文的內容是建立在存儲可以提供接受訪問內的響應時間為前提。



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