磁碟陣列 頻寬和IOPS對效能影響

2021-06-07 14:46:50 字數 2518 閱讀 2353

陣列的瓶頸主要體現在2個方面,頻寬與iops(單位時間傳輸的資料量,和單位時間完成的i/o數)。

頻寬:儲存系統的頻寬主要取決於陣列的構架,光纖通道的大小以及硬碟的個數。

所謂陣列構架影響儲存系統頻寬,指的是儲存系統內部架構會存在一些內部頻寬,類似於pc的系統匯流排,儘管陣列的構架因不同廠商不同型號的產品而各有不同,不過一般情況下,內部頻寬都設計的很充足,不會是瓶頸的所在。

光纖通道對頻寬的影響還是比較大的,例如資料倉儲環境中,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=250mb/s的實際流量,必須配備4塊光纖卡才能達到1gb/s的實際流量,所以對於資料倉儲的環境來說,公升級到光纖4gb並非是廠商過於超前的產品更新,在大流量的資料環境下絕對有必要考慮更換4gb的光纖卡。

但是對於儲存系統的頻寬來說,硬碟介面的頻寬限制是最重要的。當前面的瓶頸不再存在的時候,頻寬就完全取決於硬碟的個數了,我下面列一下不同規格的硬碟所能支撐的流量大小,資料取自硬碟廠商的標準引數:

如果我們假定乙個陣列有120塊15k rpm轉速的光纖硬碟,那麼硬碟上最大的可以支撐的資料流量為120*13=1560mb/s,當前端介面不成為瓶頸的時候,1560mb/s就是理論上的最大資料流量。

而如果要實現上述的最大頻寬,如果前端採用2gb的光纖卡,可能需要配置6塊才能夠,而4gb的光纖卡,配置3-4塊就夠了。因此我們可以知道,前端的光纖介面必須與後端磁碟個數相匹配。

iops:

決定iops的主要因素取決於陣列的演算法,cache命中率,以及磁碟個數。

陣列的演算法也因為不同廠商不同型號的產品而不同,如我們最近遇到在hds usp上面,可能因為ldev(lun)存在佇列或者資源限制,而單個ldev的iops就上不去。所以,決定採購某型號的儲存之前,有必要了解這個儲存的一些演算法規則與限制。

cache命中率對實際iops有決定性的影響,cache命中率取決於資料的分布,cache size的大小,資料訪問的規則,以及cache的演算法,如果完整的討論下來,這裡將變得很複雜,可以有一天來慢慢討論。

每個物理硬碟能處理的iops是有限制的,如

同樣,如果乙個陣列有120塊15k rpm轉速的光纖硬碟,那麼,它能支撐的最大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。較高的讀cache命中率,能降低硬碟的iops負荷,讓硬碟在較小的壓力下良好工作。

raid5與raid10的不同機制上,讀資料時,iops效能其實沒有差別。但是,相同的業務,在寫入資料時,採用不同的raid機制最終落在磁碟上的iops是有差別的,我們評估的正是磁碟的整體iops,如果達到了磁碟的限制,效能肯定是上不去了。

那我們假定乙個case,業務應用的iops是10000,讀cache命中率是30%,讀iops為60%,寫iops為40%,磁碟個數為120,那麼分別計算在raid5與raid10的情況下,每個磁碟的iops為多少。

raid5:

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

2.              = (4200 + 16000)/120

3.              = 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,實際只有4200個讀iops。

而4 * (10000*0.4) 表示寫的iops,因為每乙個寫,在raid5中,實際發生了4個io,所以寫的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,所以更精確的計算應該為:

1. 單塊盤的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4)*(1-0.3) + 2 * (10000*0.4))/120

2.              = (4200 + 5600 + 8000)/120

3.              = 148

這樣我們計算出來單個盤的iops為148個,基本達到磁碟iops極限,在這種情況下,磁碟的工作狀態是非常不理想的。

raid10對iops效能的影響

1. 單塊盤的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4))/120

2.              = (4200 + 8000)/120

3.              = 102

可以看到,因為raid10對於乙個寫操作,只發生2次io,所以,同樣的壓力,同樣的磁碟,每個盤的iops只有102個,還遠遠低於磁碟的極限iops。

這裡回到我們先前討論的case上來,在我們先前採用raid5的時候,通過分析,每個磁碟的iops在高峰時期,快達到200了,導致響應速度巨慢無比。改造成raid10,每個磁碟的iops降到100左右,很好的避免了這個效能問題。

因此,我們可以得出結論:

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