硬碟IOPS與讀寫速度
IOPS (Input/Output Per Second)即每秒的輸入輸出量(或讀寫次數),是衡量磁碟效能的主要指標之一。IOPS是指單位時間內系統能處理的I/O請求數量,一般以每秒處理的I/O請求數量為單位,I/O請求通常為讀或寫資料操作請求。隨機讀寫頻繁的應用,如OLTP(Online Transaction Processing),IOPS是關鍵衡量指標。另一個重要指標是資料吞吐量(Throughput),指單位時間內可以成功傳輸的資料數量。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。
傳統磁碟本質上一種機械裝置,如FC, SAS, SATA磁碟,轉速通常為5400/7200/10K/15K rpm不等。影響磁碟的關鍵因素是磁碟服務時間,即磁碟完成一個I/O請求所花費的時間,它由尋道時間、旋轉延遲和資料傳輸時間三部分構成。
尋道時間
旋轉延遲Trotation是指碟片旋轉將請求資料所在扇區移至讀寫磁頭下方所需要的時間。旋轉延遲取決於磁碟轉速,通常使用磁碟旋轉一週所需時間的1/2表示。比如,7200 rpm的磁碟平均旋轉延遲大約為60*1000/7200/2 = 4.17ms,而轉速為15000 rpm的磁碟其平均旋轉延遲約為2ms。
資料傳輸時間Ttransfer是指完成傳輸所請求的資料所需要的時間,它取決於資料傳輸率,其值等於資料大小除以資料傳輸率。目前IDE/ATA能達到133MB/s,SATA II可達到300MB/s的介面資料傳輸率,資料傳輸時間通常遠小於前兩部分時間。
因此,理論上可以計算出磁碟的最大IOPS,即IOPS = 1000 ms/ (Tseek + Troatation),忽略資料傳輸時間。假設磁碟平均物理尋道時間為3ms, 磁碟轉速為7200,10K,15K rpm,則磁碟IOPS理論最大值分別為,
IOPS = 1000 / (3 + 60000/7200/2) = 140
IOPS = 1000 / (3 + 60000/10000/2) = 167
IOPS = 1000 / (3 + 60000/15000/2) = 200
固態硬碟SSD是一種電子裝置, 避免了傳統磁碟在尋道和旋轉上的時間花費,儲存單元定址開銷大大降低,因此IOPS可以非常高,能夠達到數萬甚至數十萬。實際測量中,IOPS數值會受到很多因素的影響,包括I/O負載特徵(讀寫比例,順序和隨機,工作執行緒數,佇列深度,資料記錄大小)、系統配置、作業系統、磁碟驅動等等。因此對比測量磁碟IOPS時,必須在同樣的測試基準下進行,即便如何也會產生一定的隨機不確定性。
但是實際情況不可能達到理論最大值,尋道時間要高於3ms,常見磁碟平均物理尋道時間為:
7200轉/分的SATA硬碟平均物理尋道時間是9ms
10000轉/分的SATA硬碟平均物理尋道時間是6ms
15000轉/分的SAS硬碟平均物理尋道時間是4ms
則IOPS計算為,
IOPS = 1000 / (9 + 60000/7200/2) = 76
IOPS = 1000 / (6 + 60000/10000/2) = 111
IOPS = 1000 / (4 + 60000/15000/2) = 166
- 5400轉筆記本硬碟平均讀寫速度大致在60-90MB這個區間
- 7200轉檯式機硬碟大致在130-190MB區間,10000轉的西數黑盤也在這個區間內
- 10000轉和15000轉檯式機硬碟資料不詳
- 固態硬碟讀寫速度與容量成正比,目前市售的至少300MB+
- 1TB固態硬碟普遍500MB+
- 2013新Mac Pro採用PCIE連線方式的SSD可以達到700MB左右
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