大体上讲，I/O 的类型可以分为：读 / 写 I/O、大 / 小块 I/O、连续 / 随机 I/O, 顺序 / 并发 I/O。在这几种类型中，我们主要讨论一下：大 / 小块 I/O、连续 / 随机 I/O, 顺序 / 并发 I/O。

这个数值指的是控制器指令中给出的连续读出扇区数目的多少。如果数目较多，如 64，128 等，我们可以认为是大块 I/O；反之，如果很小，比如 4，8，我们就会认为是小块 I/O，实际上，在大块和小块 I/O 之间，没有明确的界限。

连续 I/O 指的是本次 I/O 给出的初始扇区地址和上一次 I/O 的结束扇区地址是完全连续或者相隔不多的。反之，如果相差很大，则算作一次随机 I/O

连续 I/O 比随机 I/O 效率高的原因是：在做连续 I/O 的时候，磁头几乎不用换道，或者换道的时间很短；而对于随机 I/O，如果这个 I/O 很多的话，会导致磁头不停地换道，造成效率的极大降低。

从概念上讲，并发 I/O 就是指向一块磁盘发出一条 I/O 指令后，不必等待它回应，接着向另外一块磁盘发 I/O 指令。对于具有条带性的 RAID（LUN），对其进行的 I/O 操作是并发的，例如：raid 0+1(1+0),raid5 等。反之则为顺序 I/O。

监控磁盘的 I/O 性能，我们可以使用 AIX 的系统命令，例如：sar -d, iostat, topas, nmon 等。下面，我将以 nmon 和 topas 为例，讲述在系统中如何观察磁盘 I/O 的性能。

登录 AIX 操作系统，输入 topas，然后按 D，会出现如下界面：

在上图中，TPS 即为磁盘的 IOPS，KBPS 即为磁盘每秒的吞吐量。由于服务器处于空闲的状态，我们可以看到 IOPS，KBPS 的数据都非常低。

我们使用 dd if 命令向磁盘 hdisk2 发读 I/O，block 大小为 1MB：

利用 topas 进行监控：

此时，hdisk2 的吞吐量为 163.9M，IOPS 为 655。

我们再启动一个 dd if，使 hdisk 的 busy 数值达到 100%：

从上图可以看出，在磁盘 busy 达到 100% 的时候，其吞吐量为 304.1M，IOPS 为 1200。

hdisk2 是本地集成的 SAS 盘，我们可以查出本地集成 SAS 通道的带宽为 3Gb：

对于 3Gb 的 SAS 通道，304.1M 的磁盘吞吐量已经接近其 I/O 带宽的峰值了。

需要指出的是，使用 dd if 测量磁盘的带宽是可行的，但是由此来确定业务 I/O 的 IOPS 和吞吐量是不科学的。因为，dd if 所发起的读写仅为顺序 I/O 读写，在 OLTP 的业务中，这种读写是不常见的，而是随机小 I/O 比较多，因此，测量业务的磁盘 I/O 性能，需要在运行业务的时候进行监控。

在系统中输入 nmon，按 d，可以得到如下界面 :

可以得到此时磁盘 hdisk2 吞吐量为 318M。

使用 nmon 收集一个时间段的数据，然后使用 nmon analyzer 进行分析，可以得出更为直接的图表：

将收集好的 nmon 文件使用 nmon analyzer 进行分析，得出如下报表：

对于随机负载，当遇到余下情况时，我们那通常认为存在 I/O 性能问题：

1. 平均读时间大于 15ms

2. 在具有写 cache 的条件下，平均写时间大于 2.5ms

对于顺序负载，当遇到余下情况时，我们那通常认为存在 I/O 性能问题：

1. 在一个磁盘上有两个连续的 I/O 流

2. 吞吐量不足（即远远小于磁盘 I/O 带宽）

对于一块磁盘来讲，随着 IOPS 数量的增加，I/O service 也会增加，并且会有一个饱和点，即 IOPS 达到某个点以后，IOPS 再增加将会引起 I/O service time 的显著增加。

从经验上讲，我们在测试工作中，我们主要关注 IOPS 和吞吐量以及磁盘的 busy% 这三个数值。如果 IOPS 和吞吐量均很低，磁盘的 busy% 也很低，我们会认为磁盘压力过小，造成吞吐量和 IOPS 过低；只有在 IOPS 和吞吐量均很低，磁盘的 busy% 很高（接近 100%）的时候，我们才会从磁盘 I/O 方面分析 I/O 性能

     通常在讨论不同RAID保护类型的性能的时候，结论都会是RAID-1提供比较好的读写性能，RAID-5读性能不错，但是写入性能就不如RAID-1，RAID-6保护级别更高，但写性能相对更加差，RAID10是提供最好的性能和数据保护，不过成本最高等等。其实决定这些性能考虑的因素很简单，它就是RAID Write Penalty（写惩罚）。本文从原理上解释了不同RAID保护级别的写惩罚，以及通过写惩罚计算可用IOPS的方法。

RAID-5 Write Penalty的例子:

     存储方案规划的过程中，最基本的考虑因素有两个，性能和容量。性能上的计算看可以分为IOPS和带宽需求。计算IOPS，抛开存储阵列的缓存和前端口不谈。计算后端物理磁盘的IOPS不能简单的把物理磁盘的最大IOPS相加而获得。原因是，对于不同的RAID级别，为了保证当有物理磁盘损坏的情况下可以恢复数据，数据写入的过程中都需要有一些特别的计算。比如对于RAID-5，条带上的任意磁盘上的数据改变，都会重新计算校验位。如下图所示，一个7+1的RAID-5的条带中，七个磁盘存储数据，最后一个磁盘存储校验位。

     对于一个数据的写入，我们假设在第五个磁盘上写入的数据为1111，如下图所示。那么整个RAID-5需要完成写入的过程分为以下几步：

     由上述几个步骤可见，对于任何一次写入，在存储端，需要分别进行两次读+两次写，所以说RAID-5的Write Penalty的值是4。

不同RAID级别的Write Penalty：

下表列出了各种RAID级别的Write Penalty值：

RAID

Write Penalty

0

1

1

2

5

4

6

6

10

2

RAID-0：直接的条带，数据每次写入对应物理磁盘上的一次写入

RAID-1和10：RAID-1 和RAID-10的写惩罚很简单理解，因为数据的镜像存在的，所以一次写入会有两次。

RAID-5：RAID-5由于要计算校验位的机制存在，需要读数据、读校验位、写数据、写校验位四个步骤，所以RAID-5的写惩罚值是4。

RAID-6：RAID-6由于有两个校验位的存在，与RAID-5相比，需要读取两次校验位和写入两次校验位，所以RAID-6的写惩罚值是6。

计算IOPS:

     根据上文的描述，在实际存储方案设计的过程中，计算实际可用IOPS的过程中必须纳入RAID的写惩罚计算。计算的公式如下：

物理磁盘总的IOPS = 物理磁盘的IOPS × 磁盘数目

可用的IOPS = （物理磁盘总的IOPS × 写百分比 ÷ RAID写惩罚） + （物理磁盘总的IOPS × 读百分比）

     假设组成RAID-5的物理磁盘总共可以提供500 IOPS，使用该存储的应用程序读写比例是50%/50%，那么对于前端主机而言，实际可用的IOPS是：

（500 ×50% ÷ 4）+ ( 500 * 50%) = 312.5 IOPS

具体不同应用程序的读写比例，可以参考：关于不同应用程序存储IO类型的描述

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机械硬盘的连续读写性很好， 但随机读写性能很差。这是因为磁头移动至正确的磁道上需要时间，随机读写时，磁头不停的移动，时间都花在了磁头寻道上，所以性能不高。  如下图：在存储小文件(图片)、OLTP数据库应用时，随机读写性能（IOPS）是最重要指标。

学习它，有助于我们分析存储系统的性能互瓶颈。下面我们来认识随机读写性能指标--IOPS（每秒的输入输出次数）。

磁盘性能指标--IOPS----------------------------------------------------------        IOPS (Input/Output Per Second)即每秒的输入输出量(或读写次数)，是衡量磁盘性能的主要指标之一。IOPS是指单位时间内系统能处理的I/O请求数量，一般以每秒处理的I/O请求数量为单位，I/O请求通常为读或写数据操作请求。

    随机读写频繁的应用，如小文件存储(图片)、OLTP数据库、邮件服务器，关注随机读写性能，IOPS是关键衡量指标。

    顺序读写频繁的应用，传输大量连续数据，如电视台的视频编辑，视频点播VOD(Video On Demand)，关注连续读写性能。数据吞吐量是关键衡量指标。

IOPS和数据吞吐量适用于不同的场合：读取10000个1KB文件，用时10秒  Throught(吞吐量)=1MB/s ，IOPS=1000  追求IOPS读取1个10MB文件，用时0.2秒  Throught(吞吐量)=50MB/s, IOPS=5  追求吞吐量

磁盘服务时间--------------------------------------传统磁盘本质上一种机械装置，如FC, SAS, SATA磁盘，转速通常为5400/7200/10K/15K rpm不等。影响磁盘的关键因素是磁盘服务时间，即磁盘完成一个I/O请求所花费的时间，它由寻道时间、旋转延迟和数据传输时间三部分构成。

寻道时间 Tseek是指将读写磁头移动至正确的磁道上所需要的时间。寻道时间越短，I/O操作越快，目前磁盘的平均寻道时间一般在3－15ms。旋转延迟 Trotation是指盘片旋转将请求数据所在扇区移至读写磁头下方所需要的时间。旋转延迟取决于磁盘转速，通常使用磁盘旋转一周所需时间的1/2表示。比如，7200 rpm的磁盘平均旋转延迟大约为60*1000/7200/2 = 4.17ms，而转速为15000 rpm的磁盘其平均旋转延迟为2ms。数据传输时间 Ttransfer是指完成传输所请求的数据所需要的时间，它取决于数据传输率，其值等于数据大小除以数据传输率。目前IDE/ATA能达到133MB/s，SATA II可达到300MB/s的接口数据传输率，数据传输时间通常远小于前两部分消耗时间。简单计算时可忽略。

常见磁盘平均物理寻道时间为：7200转/分的STAT硬盘平均物理寻道时间是9ms10000转/分的STAT硬盘平均物理寻道时间是6ms15000转/分的SAS硬盘平均物理寻道时间是4ms

常见硬盘的旋转延迟时间为：

7200   rpm的磁盘平均旋转延迟大约为60*1000/7200/2 = 4.17ms

10000 rpm的磁盘平均旋转延迟大约为60*1000/10000/2 = 3ms，

15000 rpm的磁盘其平均旋转延迟约为60*1000/15000/2 = 2ms。

最大IOPS的理论计算方法--------------------------------------IOPS = 1000 ms/ (寻道时间 + 旋转延迟)。可以忽略数据传输时间。

7200   rpm的磁盘 IOPS = 1000 / (9 + 4.17)  = 76 IOPS10000 rpm的磁盘IOPS = 1000 / (6+ 3) = 111 IOPS15000 rpm的磁盘IOPS = 1000 / (4 + 2) = 166 IOPS

影响测试的因素-----------------------------------------实际测量中，IOPS数值会受到很多因素的影响，包括I/O负载特征(读写比例，顺序和随机，工作线程数，队列深度，数据记录大小)、系统配置、操作系统、磁盘驱动等等。因此对比测量磁盘IOPS时，必须在同样的测试基准下进行，即便如此也会产生一定的随机不确定性。

队列深度说明 NCQ、SCSI TCQ、PATA TCQ和SATA TCQ技术解析 ----------------------------------------    是一种命令排序技术，一把喂给设备更多的IO请求，让电梯算法和设备有机会来安排合并以及内部并行处理，提高总体效率。SCSI TCQ的队列深度支持256级ATA TCQ的队列深度支持32级 （需要8M以上的缓存）NCQ最高可以支持命令深度级数为32级，NCQ可以最多对32个命令指令进行排序。    大多数的软件都是属于同步I/O软件，也就是说程序的一次I/O要等到上次I/O操作的完成后才进行，这样在硬盘中同时可能仅只有一个命令，也是无法发挥这个技术的优势，这时队列深度为1。    随着Intel的超线程技术的普及和应用环境的多任务化，以及异步I/O软件的大量涌现。这项技术可以被应用到了，实际队列深度的增加代表着性能的提高。在测试时，队列深度为1是主要指标，大多数时候都参考1就可以。实际运行时队列深度也一般不会超过4.

IOPS可细分为如下几个指标：-----------------------------------------数据量为n字节，队列深度为k时，随机读取的IOPS数据量为n字节，队列深度为k时，随机写入的IOPS

IOPS的测试benchmark工具------------------------------------------         IOPS的测试benchmark工具主要有Iometer, IoZone, FIO等，可以综合用于测试磁盘在不同情形下的IOPS。对于应用系统，需要首先确定数据的负载特征，然后选择合理的IOPS指标进行测量和对比分析，据此选择合适的存储介质和软件系统。