存儲吞吐量IOPS計算

存儲系統的瓶頸,主要體現在2個方面:吞吐量與IOPS。

名詞解釋:

吞吐量

英文:throughput,即單位時間內讀取或者寫入數據量的大小。

IOPS

英文全拼:Input/Output Operations Per Second,即每秒進行讀寫(I/O)操作的次數,多用於數據庫等場合,衡量隨機訪問的性能。

存儲端的IOPS性能和主機端的IO是不同的,IOPS是指存儲每秒可接受多少次主機發出的訪問,主機的一次IO需要多次訪問存儲纔可以完成。例如,主機寫入一個最小的數據塊,也要經過“發送寫入請求、寫入數據、收到寫入確認”等三個步驟,也就是3個存儲端訪問。

下面對吞吐量與IOPS分佈進行分析。
1、吞吐量(throughput)
吞吐量主要取決於陣列的構架,光纖(FC SAN)或網絡(IP SAN)通道的大小以及硬盤的個數。陣列的構架與每個陣列不同而不同,他們也都存在內部帶寬(類似於pc的系統總線),不過一般情況下,內部帶寬都設計的很充足,不是瓶頸的所在。
光纖通道的影響還是比較大的,如數據倉庫環境中,對數據的流量要求很大,而一塊2Gb的光纖卡,所能支撐的最大流量應當是2Gb/8(小B)=250MB/s(大B)的實際流量,當4塊光纖卡才能達到1GB/s的實際流量,所以數據倉庫環境可以考慮換4Gb的光纖卡。
最後說一下硬盤的限制,這裏是最重要的,當前面的瓶頸不再存在的時候,就要看硬盤的個數了,我下面列一下不同的硬盤所能支撐的流量大小:
10 K rpm 15 K rpm ATA
——— ——— ———
10M/s 13M/s 8M/s
那麼,假定一套存儲有120塊15K rpm的光纖硬盤,那麼該存儲可以支撐的最大流量爲120*13=1560MB/s,如果是2Gb的光纖卡,可能需要6塊才能夠,而4Gb的光纖卡,3-4塊就夠了。
2、IOPS(Input/Output Operations Per Second)
決定IOPS的主要取決與陣列的算法,cache命中率,以及磁盤個數。陣列的算法因爲不同的陣列不同而不同,如我們最近遇到在hds usp上面,可能因爲ldev(lun)存在隊列或者資源限制,而單個ldev的iops就上不去,所以,在使用這個存儲之前,有必要了解這個存儲的一些算法規則與限制。
cache的命中率取決於數據的分佈,cache size的大小,數據訪問的規則,以及cache的算法,如果完整的討論下來,這裏將變得很複雜,可以有一天好討論了。我這裏只強調一個cache的命中率,如果一個陣列,讀cache的命中率越高越好,一般表示它可以支持更多的IOPS,爲什麼這麼說呢?這個就與我們下面要討論的硬盤IOPS有關係了。
硬盤的限制,每個物理硬盤能處理的IOPS是有限制的,如
10 K rpm 15 K rpm ATA
——— ——— ———
100 150 50
同樣,如果一個陣列有120塊15K rpm的光纖硬盤,那麼,它能撐的最大IOPS爲120*150=18000,這個爲硬件限制的理論值,如果超過這個值,硬盤的響應可能會變的非常緩慢而不能正常提供業務。
在raid5與raid10上,讀iops沒有差別,但是,相同的業務寫iops,最終落在磁盤上的iops是有差別的,而我們評估的卻正是磁盤的IOPS,如果達到了磁盤的限制,性能肯定是上不去了。
那我們假定一個case,業務的iops是10000,讀cache命中率是30%,讀iops爲60%,寫iops爲40%,磁盤個數爲120,那麼分別計算在raid5與raid10的情況下,每個磁盤的iops爲多少。
raid5:
單塊盤的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 4 * (10000*0.4))/120
= (4200 + 16000)/120
= 168
這裏的10000*(1-0.3)*0.6表示是讀的iops,比例是0.6,除掉cache命中,實際只有4200個iops
而4 * (10000*0.4) 表示寫的iops,因爲每一個寫,在raid5中,實際發生了4個io,所以寫的iops爲16000個
爲了考慮raid5在寫操作的時候,那2個讀操作也可能發生命中,所以更精確的計算爲:
單塊盤的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4)*(1-0.3) + 2 * (10000*0.4))/120
= (4200 + 5600 + 8000)/120
= 148
計算出來單個盤的iops爲148個,基本達到磁盤極限
raid10
單塊盤的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4))/120
= (4200 + 8000)/120
= 102
可以看到,因爲raid10對於一個寫操作,只發生2次io,所以,同樣的壓力,同樣的磁盤,每個盤的iops只有102個,還遠遠低於磁盤的極限iops。
在一個實際的case中,一個恢復壓力很大的standby(這裏主要是寫,而且是小io的寫),採用了raid5的方案,發現性能很差,通過分析,每個磁盤的iops在高峯時期,快達到200了,導致響應速度巨慢無比。後來改造成raid10,就避免了這個性能問題,每個磁盤的iops降到100左右。


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