存儲吞吐量IOPS計算

存儲系統的瓶頸，主要展現在2個方面：吞吐量與IOPS。

名詞解釋：

吞吐量

英文：throughput，即機關時間内讀取或者寫入資料量的大小。

IOPS

英文全拼：Input/Output Operations Per Second，即每秒進行讀寫（I/O）操作的次數，多用于資料庫等場合，衡量随機通路的性能。

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通路，主機的一次IO需要多次通路存儲才可以完成。例如，主機寫入一個最小的資料塊，也要經過“發送寫入請求、寫入資料、收到寫入确認”等三個步驟，也就是3個存儲端通路。

下面對吞吐量與IOPS分布進行分析。

1、吞吐量(throughput)

吞吐量主要取決于陣列的構架，光纖(FC SAN)或網絡(IP SAN)通道的大小以及硬碟的個數。陣列的構架與每個陣列不同而不同，他們也都存在内部帶寬(類似于pc的系統總線)，不過一般情況下，内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，如資料倉庫環境中，對資料的流量要求很大，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，是以資料倉庫環境可以考慮換4Gb的光纖卡。

最後說一下硬碟的限制，這裡是最重要的，目前面的瓶頸不再存在的時候，就要看硬碟的個數了，我下面列一下不同的硬碟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的光纖硬碟，那麼該存儲可以支撐的最大流量為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。陣列的算法因為不同的陣列不同而不同，如我們最近遇到在hds usp上面，可能因為ldev(lun)存在隊列或者資源限制，而單個ldev的iops就上不去，是以，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的命中率取決于資料的分布，cache size的大小，資料通路的規則，以及cache的算法，如果完整的讨論下來，這裡将變得很複雜，可以有一天好讨論了。我這裡隻強調一個cache的命中率，如果一個陣列，讀cache的命中率越高越好，一般表示它可以支援更多的IOPS，為什麼這麼說呢?這個就與我們下面要讨論的硬碟IOPS有關系了。

硬碟的限制，每個實體硬碟能處理的IOPS是有限制的，如

100 150 50

同樣，如果一個陣列有120塊15K rpm的光纖硬碟，那麼，它能撐的最大IOPS為120*150=18000，這個為硬體限制的理論值，如果超過這個值，硬碟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沒有差别，但是，相同的業務寫iops，最終落在磁盤上的iops是有差别的，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為60%，寫iops為40%，磁盤個數為120，那麼分别計算在raid5與raid10的情況下，每個磁盤的iops為多少。

raid5:

單塊盤的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 4 * (10000*0.4))/120

= (4200 + 16000)/120

= 168

這裡的10000*(1-0.3)*0.6表示是讀的iops，比例是0.6，除掉cache命中，實際隻有4200個iops

而4 * (10000*0.4) 表示寫的iops，因為每一個寫，在raid5中，實際發生了4個io，是以寫的iops為16000個

為了考慮raid5在寫操作的時候，那2個讀操作也可能發生命中，是以更精确的計算為：

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為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，因為raid10對于一個寫操作，隻發生2次io，是以，同樣的壓力，同樣的磁盤，每個盤的iops隻有102個，還遠遠低于磁盤的極限iops。

在一個實際的case中，一個恢複壓力很大的standby(這裡主要是寫，而且是小io的寫)，采用了raid5的方案，發現性能很差，通過分析，每個磁盤的iops在高峰時期，快達到200了，導緻響應速度巨慢無比。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。