104） 存储术语
1- 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
1.1- 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。
1.2- 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9ms
10000转/分的STAT硬盘平均物理寻道时间是6ms
15000转/分的SAS硬盘平均物理寻道时间是4ms
1.3- 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。
1.4- 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 IOPS
10000 rpm的磁盘IOPS = 1000 / (6+ 3) = 111 IOPS
15000 rpm的磁盘IOPS = 1000 / (4 + 2) = 166 IOPS
1.5- 影响测试的因素
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。
1.6- 测试工具
- fio
- dd
1.7- 不同磁盘类型的IOPS
| 硬盘类型 | IOPS |
|---|---|
| FC 15K RPM | 180 |
| FC 10K RPM | 140 |
| SAS 15K RPM | 180 |
| SAS 10K RPM | 150 |
| SATA 10K RPM | 290 |
| SATA 7.2K RPM | 80 |
| SATA 5.4K RPM | 40 |
| Flash drive | 2500 |
2- MBPS(吞吐率)
吞吐量主要取决于阵列的构架， 光纤通道的大小(阵列一般都是光纤阵列，至于SCSI这样的SSA阵列，我们不讨论)以及硬盘的个数。阵列的构架与每个阵列不同而不同，他们也都存在内部带宽(类似于pc的 系统总线)，不过一般情况下，内部带宽都设计的很充足，不是瓶颈的所在。
光纤通道的影响还是比较大的，如 数据仓库环境中，对数据的流量要求很大，而一块2Gb的 光纤卡，所能支撑的最大流量应当是2Gb/10(小B)=200MB/s(大B)的实际流量，当5块光纤卡才能达到1GB/s的实际流量，所以数据仓库环境可以考虑换4Gb的光纤卡。
用一个简单的公式来计算Throughput和IOPS之间的关系：
Throughput MB/s = IOPS * KB per IO / 1024
简单的来说，物理层面IOPS和Throughput哪个先达到了物理磁盘的极限，就决定了这个物理磁盘的性能阀值
3- 存储部件
3.1- 存储
- 硬盘
- 硬盘背板
- 控制器
- 电池
- 缓存
- 阵列卡
- 电源
- 内存
- cpu
- 磁盘柜
- 传输端口
3.2- 交换机
-
配置
-
SFP光模块电压
- APD偏置电压（20-30+V)
- 工作电压（3.3V,5V)
-
带宽
-
错误计数器
3.3- 主机和操作系统
- 链路聚合
- 文件系统
- HBA卡
- 光模块
4- 条带化磁盘
条带（strip）是把连续的数据分割成相同大小的数据块，把每段数据分别写入到阵列中的不同磁盘上的方法。简单的说，条带是一种将多个磁盘驱动器合并为一个卷的方法。 许多情况下，这是通过硬件控制器来完成的。
-
物理磁盘本身对文件的IO操作有一定的限制，每秒IO的处理效率成为 IOPS
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如果顺序存储文件，当客户端并发量很大时，会造成磁盘冲突
当多个进程同时访问一个磁盘时，可能会出现磁盘冲突。大多数磁盘系统都对访问次数（每秒的 I/O 操作，IOPS）和数据传输率（每秒传输的数据量，TPS）有限制。当达到这些限制时，后面需要访问磁盘的进程就需要等待，这时就是所谓的磁盘冲突。避免磁盘冲突是优化 I/O 性能的一个重要目标，而 I/O 性能的优化与其他资源（如CPU和内存）的优化有着很大的区别 ,I/O 优化最有效的手段是将 I/O 最大限度的进行平衡。
条带化技术就是一种自动的将 I/O 的负载均衡到多个物理磁盘上的技术，条带化技术就是将一块连续的数据分成很多小部分并把他们分别存储到不同磁盘上去。这就能使多个进程同时访问数据的多个不同部分而不会造成磁盘冲突，而且在需要对这种数据进行顺序访问的时候可以获得最大程度上的 I/O 并行能力，从而获得非常好的性能。由于条带化在 I/O 性能问题上的优越表现，以致于在应用系统所在的计算环境中的多个层次或平台都涉及到了条带化的技术，如操作系统和存储系统这两个层次中都可能使用条带化技术。
条带化后，条带卷所能提供的速度比单个盘所能提供的速度要快很多，由于现在存储技术成熟，大多数系统都采用条带化来实现系统的I/O负载 分担，如果OS有LVM软件或者硬件条带设备，决定因素是条带深度(stripe depth)和条带宽度(stripe width)。
条带深度：指的是条带的大小，也叫条带大小。有时也被叫做block size, chunk size, stripe length 或者granularity。这个参数指的是写在每块磁盘上的条带数据块的大小。RAID的数据块大小一般在2KB到512KB之间(或者更大)，其数值是2 的次方，即2KB,4KB,8KB,16KB这样。
条带大小对性能的影响比条带宽度难以量化的多。
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减小条带大小: 由于条带大小减小了，则文件被分成了更多个，更小的数据块。这些数据块会被分散到更多的硬盘上存储，因此提高了传输的性能，但是由于要多次寻找不同的数据块，磁盘定位的性能就下降了。
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增加条带大小: 与减小条带大小相反，会降低传输性能，提高定位性能。
根据上边的论述，我们会发现根据不同的应用类型，不同的性能需求，不同驱动器的不同特点(如SSD硬盘)，不存在一个普遍适用的"最佳条带大小"。所以这也是存储厂家，文件系统编写者允许我们自己定义条带大小的原因。
条带宽度：是指同时可以并发读或写的条带数量。这个数量等于RAID中的物理硬盘数量。例如一个经过条带化的，具有4块物理硬盘的阵列的条带宽度就是 4。增加条带宽度，可以增加阵列的读写性能。道理很明显，增加更多的硬盘，也就增加了可以同时并发读或写的条带数量。在其他条件一样的前提下，一个由8块 18G硬盘组成的阵列相比一个由4块36G硬盘组成的阵列具有更高的传输性能。
