IOPS

Operacje wejścia/wyjścia na sekundę ( IOPS , wymawiane eye-ops ) to miara wydajności wejścia/wyjścia używana do scharakteryzowania komputerowych urządzeń pamięci masowej, takich jak dyski twarde (HDD), dyski półprzewodnikowe (SSD) i sieci pamięci masowej (SAN). Podobnie jak w przypadku testów porównawczych , liczby IOPS publikowane przez producentów urządzeń pamięci masowej nie odnoszą się bezpośrednio do rzeczywistej wydajności aplikacji.

Tło

Aby sensownie opisać charakterystykę wydajności dowolnego urządzenia pamięci masowej, konieczne jest jednoczesne określenie co najmniej trzech metryk: IOPS, czas odpowiedzi i obciążenie (aplikacji). Bez jednoczesnej specyfikacji czasu odpowiedzi i obciążenia, IOPS są zasadniczo bez znaczenia. W izolacji IOPS można uznać za analogiczne do „obrotów na minutę” silnika samochodowego, tj. silnik zdolny do obracania się z prędkością 10 000 obr./min z przekładnią w położeniu neutralnym nie przekazuje niczego wartościowego, jednak silnik zdolny do rozwinięcia określonego momentu obrotowego i mocy przy podana liczba obrotów na minutę w pełni opisuje możliwości silnika.

Konkretna liczba IOPS możliwa w dowolnej konfiguracji systemu będzie się znacznie różnić w zależności od zmiennych, które tester wprowadza do programu, w tym bilansu operacji odczytu i zapisu, kombinacji wzorców dostępu sekwencyjnego i losowego , liczby wątków roboczych i kolejki głębokość, a także rozmiary bloków danych. Istnieją inne czynniki, które mogą również wpływać na wyniki IOPS, w tym konfiguracja systemu, sterowniki pamięci masowej, operacje systemu operacyjnego w tle itp. Ponadto, w szczególności podczas testowania dysków SSD, należy wziąć pod uwagę warunki wstępne.

Charakterystyka wydajności

Dostęp losowy w porównaniu z dostępem sekwencyjnym.

Najczęściej mierzonymi parametrami wydajności są operacje sekwencyjne i losowe. Operacje sekwencyjne uzyskują dostęp do lokalizacji na urządzeniu pamięciowym w ciągły sposób i są ogólnie związane z dużymi rozmiarami transferu danych, np. 128 kB . Losowe operacje uzyskują dostęp do lokalizacji na urządzeniu pamięciowym w sposób nieciągły i są generalnie związane z małymi rozmiarami transferu danych, np. 4kB.

Najczęstsze cechy wydajności są następujące:

Pomiar	Opis
Całkowita liczba operacji we/wy na sekundę	Całkowita liczba operacji we/wy na sekundę (podczas przeprowadzania kombinacji testów odczytu i zapisu)
Losowy odczyt IOPS	Średnia liczba losowych operacji we/wy odczytu na sekundę
Losowy zapis IOPS	Średnia liczba losowych operacji we/wy zapisu na sekundę
IOPS odczytu sekwencyjnego	Średnia liczba sekwencyjnych operacji we/wy odczytu na sekundę
IOPS zapisu sekwencyjnego	Średnia liczba sekwencyjnych operacji we/wy zapisu na sekundę

W przypadku dysków twardych i podobnych elektromechanicznych urządzeń pamięci masowej losowe liczby IOPS zależą głównie od losowego czasu wyszukiwania urządzenia pamięci masowej , podczas gdy w przypadku dysków SSD i podobnych półprzewodnikowych urządzeń pamięci masowej losowe liczby IOPS zależą głównie od wewnętrznego kontrolera urządzenia pamięci masowej i interfejsu pamięci prędkości. Na obu typach urządzeń pamięci masowej kolejne liczby IOPS (zwłaszcza w przypadku korzystania z bloku o dużym rozmiarze) zwykle wskazują maksymalną ciągłą przepustowość, jaką może obsłużyć urządzenie pamięci masowej. Często sekwencyjne IOPS są zgłaszane jako prosta megabajtów na sekundę w następujący sposób:

${\ Displaystyle {\ tekst {IOPS}} \ razy {\ tekst {TransferSizeInBytes}} = {\ tekst {BytesPerSec}}}$ (następnie przekonwertowane na MB/s )

Wydajność niektórych dysków twardych poprawi się wraz ze wzrostem liczby zaległych operacji we/wy (tj. głębokości kolejki). Jest to zwykle wynikiem bardziej zaawansowanej logiki kontrolera na dysku wykonującej kolejkowanie poleceń i zmianę kolejności, powszechnie nazywanej Tagged Command Queuing (TCQ) lub Native Command Queuing (NCQ). Większość dostępnych na rynku SATA albo nie jest w stanie tego zrobić, albo ich implementacja jest tak słaba, że nie widać żadnych korzyści w zakresie wydajności. ^{[ potrzebne źródło ]} Dyski SATA klasy korporacyjnej, takie jak Western Digital Raptor i Seagate Barracuda NL poprawią się o prawie 100% dzięki głębokim kolejkom. Wysokiej klasy SCSI , częściej spotykane w serwerach, generalnie wykazują znacznie większą poprawę, przy czym Seagate Savvio przekracza 400 IOPS, co oznacza ponad dwukrotny wzrost wydajności. ^{[ potrzebne źródło ]}

Podczas gdy tradycyjne dyski twarde mają mniej więcej taką samą liczbę operacji we/wy na sekundę dla operacji odczytu i zapisu, większość dysków SSD opartych na pamięci flash NAND zapisuje znacznie wolniej niż odczyt ze względu na brak możliwości ponownego zapisu bezpośrednio do wcześniej zapisanej lokalizacji, co wymusza procedurę zwaną wyrzucaniem elementów bezużytecznych . Spowodowało to, że witryny testowe sprzętu zaczęły dostarczać niezależnie mierzone wyniki podczas testowania wydajności IOPS.

Dyski flash SSD, takie jak Intel X25-E (wydany w 2010 r.), mają znacznie wyższą liczbę operacji we/wy na sekundę niż tradycyjny dysk twardy. W teście przeprowadzonym przez Xssist przy użyciu Iometer , losowych transferów 4 KB, współczynnika odczytu/zapisu 70/30, głębokości kolejki 4, IOPS dostarczane przez Intel X25-E 64 GB G1 zaczynały się od około 10 000 IOPs i gwałtownie spadały po 8 minutach do 4000 IOPS i stopniowo spadała przez następne 42 minuty. IOPS wahają się od 3000 do 4000 od około 50 minut i dalej, przez resztę ponad 8 godzin trwania testu. Nawet przy spadku losowych IOPS po 50. minucie, X25-E nadal ma znacznie wyższy IOPS w porównaniu z tradycyjnymi dyskami twardymi. Niektóre dyski SSD, w tym OCZ RevoDrive 3 x2 PCIe korzystający z kontrolera SandForce wykazał znacznie wyższą stałą wydajność zapisu, która jest bardziej zbliżona do prędkości odczytu.

Przykłady

Mechaniczne dyski twarde

Rozmiar bloku używany podczas testowania znacząco wpływa na liczbę IOPS wykonywanych przez dany dysk. Poniżej przedstawiono niektóre typowe dane dotyczące wydajności:

Napęd (typ / obr./min)	IOPS (blok 4 KB, losowo)	IOPS (blok 64 KB, losowo)	MB/s (blok 64 KB, losowo)	IOPS (blok 512 KB, losowo)	MB/s (blok 512 KB, losowo)	MB/s (duży blok, sekwencyjny)
SAS / 15 tys	188 - 203	175 - 192	11.2 – 12.3	115 – 135	58,9 – 68,9	91,5 – 126,3
FC / 15 tys	163 - 178	151 - 169	9,7 – 10,8	97 – 123	49,7 – 63,1	73,5 – 127,5
FC / 10 tys	142 - 151	130 – 143	8,3 – 9,2	80 – 104	40,9 – 53,1	58,1 – 107,2
SAS / 10 tys	142 - 151	130 – 143	8,3 – 9,2	80 – 104	40,9 – 53,1	58,1 – 107,2
SATA / 7200	73 - 79	69 - 76	4,4 – 4,9	47 – 63	24.3 – 32.1	43,4 – 97,8
SATA / 5400	57	55	3.5	44	22.6

Urządzenia półprzewodnikowe

Urządzenie	Typ	IOPS	Interfejs	Notatki
Intel X25-M G2 ( MLC )	Dysk SSD	~ 8600 IOPS	SATA 3 Gbit/s	Arkusz danych Intela podaje odpowiednio 6600/8600 IOPS (wersja 80 GB/160 GB) i 35 000 IOPS dla losowego zapisu i odczytu 4 KB.
Intel X25-E (SLC)	Dysk SSD	~ 5000 IOPS	SATA 3 Gbit/s	Arkusz danych Intela podaje odpowiednio 3300 IOPS i 35 000 IOPS dla zapisu i odczytu. Mikser mierzy 5000 IOPS. Intel X25-E G1 ma około 3 razy więcej IOPS w porównaniu z Intel X25-M G2.
G.Skill Phoenix Pro	Dysk SSD	~20 000 IOPS	SATA 3 Gbit/s	SandForce -1200 z ulepszonym oprogramowaniem sprzętowym osiągają do 50 000 IOPS, ale testy porównawcze pokazują dla tego konkretnego dysku ~25 000 IOPS dla losowego odczytu i ~15 000 IOPS dla losowego zapisu.
OCZ Wierzchołek 3	Dysk SSD	Do 60 000 IOPS	SATA 6 Gb/s	Losowy zapis 4 kB (wyrównany)
Seria Corsair Force GT	Dysk SSD	Do 85 000 IOPS	SATA 6 Gb/s	Dysk 240 GB, odczyt sekwencyjny 555 MB/s i zapis sekwencyjny 525 MB/s, test losowego zapisu 4 kB (wyrównany)
Samsung SSD 850 PRO	Dysk SSD	100 000 IOPS odczytu 90 000 IOPS zapisu	SATA 6 Gb/s	Losowe we/wy 4 KB wyrównane w QD32 10 000 IOPS odczytu, 36 000 IOPS zapisu w QD1 550 MB/s sekwencyjny odczyt, 520 MB/s sekwencyjny zapis w modelach 256 GB i większych 550 MB/s sekwencyjny odczyt, 470 MB/s sekwencyjny zapis w modelu 128 GB
Dysk SSD Memblaze PBlaze5 910/916 NVMe	Dysk SSD	1000 000 losowych odczytów (4 KB) IOPS 303K zapisu losowego (4 KB) IOPS	PCIe (NVMe)	Dane dotyczące wydajności pochodzą z dysku SSD PBlaze5 C916 （6,4 TB） NVMe.
OCZ Wierzchołek 4	Dysk SSD	Do 120 000 IOPS	SATA 6 Gb/s	Dysk 256 GB, odczyt sekwencyjny 560 MB/s i zapis sekwencyjny 510 MB/s, test losowego odczytu 4 kB 90 tys. IOPS, test losowego zapisu 4 kB 85 tys. IOPS
(IBM) Texas Memory Systems RamSan-20	Dysk SSD	Ponad 120 000 losowych IOPS odczytu/zapisu	PCIe	Zawiera pamięć podręczną RAM
Fusion-io ioDrive	Dysk SSD	140 000 IOPS odczytu, 135 000 IOPS zapisu	PCIe
Virident Systems tachION	Dysk SSD	320 000 trwałych IOPS ODCZYTU przy użyciu bloków 4 kB i 200 000 trwałych IOPS ZAPISU przy użyciu bloków 4 kB	PCIe
OCZ RevoDrive 3X2	Dysk SSD	200 000 losowego zapisu 4 tys. IOPS	PCIe
Fusion-io ioDrive Duo	Dysk SSD	Ponad 250 000 IOPS	PCIe
WHIPTAIL, ACCELA	Dysk SSD	250 000/200 000+ IOPS zapisu/odczytu	Fibre Channel, iSCSI, Infiniband/SRP, NFS, SMB	Macierz pamięci masowej oparta na technologii Flash
DDRdrive X1,	Dysk SSD	Ponad 300 000 (512B losowych IOPS odczytu) i 200 000+ (512B losowych IOPS zapisu)	PCIe
SolidFire SF3010/SF6010	Dysk SSD	250 000 IOPS odczytu/zapisu 4 kB	iSCSI	Macierz pamięci masowej oparta na technologii Flash (5RU)
Seria Intel SSD 750	Dysk SSD	440 000 IOPS odczytu 290 000 IOPS zapisu	Karta rozszerzeń NVMe przez PCIe 3.0 x4, U.2 i HHHL	Losowe operacje we/wy 4 KB z czterema procesami roboczymi w QD32 (faktycznie QD128), model 1,2 TB Do 2,4 GB/s w odczycie sekwencyjnym, 1,2 GB/s w zapisie sekwencyjnym
Samsung SSD 960 EVO	Dysk SSD	380 000 IOPS odczytu 360 000 IOPS zapisu	NVMe przez PCIe 3.0 x4, M.2	Losowe operacje we/wy 4 kB z czterema procesami roboczymi w QD4 (efektywnie QD16), model 1 TB 14 000 IOPS odczytu, 50 000 IOPS zapisu w QD1 330 000 IOPS odczytu, 330 000 IOPS zapisu w modelu 500 GB 300 000 IOPS odczytu , 330 000 IOPS zapisu w przypadku 250 GB model Do 3,2 GB/s w odczycie sekwencyjnym, 1,9 GB/s w zapisie sekwencyjnym
Samsung SSD 960 PRO	Dysk SSD	440 000 IOPS odczytu 360 000 IOPS zapisu	NVMe przez PCIe 3.0 x4, M.2	Dostosowane losowe operacje we/wy 4 kB z czterema procesami roboczymi w QD4 (efektywnie QD16), modele 1 TB i 2 TB 14 000 IOPS odczytu, 50 000 IOPS zapisu w QD1 330 000 IOPS odczytu, 330 000 IOPS zapisu w modelu 512 GB Do 3,5 GB/s odczytu sekwencyjnego , zapis sekwencyjny 2,1 GB/s
(IBM) Urządzenie Texas Memory Systems RamSan-720	FLASH/DRAM	500 000 optymalny odczyt, 250 000 optymalny zapis 4 kB IOPS	FC / InfiniBand
OCZ Single SuperScale Z-Drive R4 PCI-Express SSD	Dysk SSD	Do 500 000 IOPS	PCIe
WHIPTAIL, INVICTA	Dysk SSD	650 000/550 000+ IOPS odczytu/zapisu	Fibre Channel, iSCSI, Infiniband/SRP, NFS	Macierz pamięci masowej oparta na technologii Flash
SYSTEMY SKRZYPCE Skrzypce XVS 8	Macierz pamięci flash 3RU	Opóźnienie zaledwie 50 μs \| Opóźnienie 400 μs przy 1M IOPS \| Opóźnienie 1 ms przy 2 mln IOPS Deduplikacja jednostki LUN — 340 000 IOPS przy 1 ms	Fibre Channel, ISCSI NVMe przez FC
SYSTEMY SKRZYPCE XIO G4	Macierz SSD	IOP do: 400 000 przy opóźnieniu <1 ms	Fibre Channel, ISCSI	Podwójny kontroler 2U, aktywny/aktywny 8 Gb FC2 4 porty na kontroler
Samsung SSD 980 PRO	Dysk SSD	1 000 000 IOPS odczytu/zapisu	NVMe przez PCIe 4.0 x4, M.2	4 kb wyrównane losowe we/wy przy QD32, 1 TB Model 22 000 IOPS, 60 000 IOPS w QD1 800 000 IOPS, 1 000 000 IOPS na 500 GB Model 500 000 IOPS, 600 000 IOPS na modelu 250 GB do 7,0 GB/s odczyt sekwencyjny, zapis sekwencyjny 5,0 GB/s
(IBM) Urządzenie Texas Memory Systems RamSan-630	Flash/DRAM	Ponad 1 000 000 losowych IOPS odczytu/zapisu 4 kB	FC / InfiniBand
IBM Flash System 840	Flash/DRAM	1 100 000+ 4 kB losowego odczytu/600 000 4 kB zapisu IOPS	8G FC / 16G FC / 10G FCoE / InfiniBand	Modułowa półka do przechowywania 2U — 4 TB-48 TB
Fusion-io ioDrive Octal (pojedyncza karta PCI Express)	Dysk SSD	Ponad 1 180 000 losowych IOPS odczytu/zapisu	PCIe
Dysk SSD OCZ 2x SuperScale Z-Drive R4 PCI-Express	Dysk SSD	Do 1 200 000 IOPS	PCIe
(IBM) Texas Memory Systems RamSan-70	Flash/DRAM	1 200 000 losowych IOPS odczytu/zapisu	PCIe	Zawiera pamięć podręczną RAM
Kaminario K2	Dysk SSD	Do 2 000 000 IOPS. 1 200 000 IOPS w teście porównawczym SPC-1 symulującym aplikacje biznesowe	FC	Flash MLC
Klaster NetApp FAS6240	Pendrive	1 261 145 procesorów IOP SPECsfs2008 nfsv3 przy użyciu 1440 dysków 15 000 na 60 półkach z warstwami wirtualnej pamięci masowej.	NFS, SMB, FC, FCoE, iSCSI	SPECsfs2008 to najnowsza wersja zestawu testów porównawczych firmy Standard Performance Evaluation Corporation, który mierzy przepustowość i czas odpowiedzi serwera plików, zapewniając ustandaryzowaną metodę porównywania wydajności na platformach różnych dostawców. http://www.spec.org/sfs2008 .
Fusion-io ioDrive2	Dysk SSD	Do 9 608 000 IOPS	PCIe	Na razie tylko przez demonstrację.
Przechowywanie E8	Dysk SSD	Do 10 milionów IOPS	Ethernet 10-100 Gb	Urządzenie błyskowe w skali stojaka
EMC DSSD D5	Błysk	Do 10 milionów IOPS	PCIe Out of Box, do 48 klientów z wysoką dostępnością .	Urządzenie flash PCIe do montażu w szafie rack. Produkt wycofany.
Czysta pamięć masowa M50	Błysk	Do 220 000 32 tys. IOPS <średnie opóźnienie 1 ms Przepustowość do 7 GB/s	16 Gbit/s Fibre Channel 10 Gbit/s Ethernet iSCSI 10 Gbit/s Porty replikacji Porty zarządzania 1 Gbit/s	3U – 7U 1007 - 1447 W (nominalnie) 95 funtów (43,1 kg) z pełnym obciążeniem + 44 funty na półkę rozszerzającą Obudowa 5,12” x 18,94” x 29,72”
Zwinna pamięć masowa AF9000	Błysk	Do 1,4 miliona IOPS	16 Gbit/s Fibre Channel 10 Gbit/s Ethernet iSCSI 10 Gbit/s 1/10 Gbit/s Porty zarządzania	3600 W — Do 2212 TB pojemności RAW — do 8 półek rozszerzeń — 16 portów 1/10 GBit iSCSI Mgmt — opcjonalnie 48 portów 1/10 GBit iSCSI — opcjonalnie 96 portów Fibrechannel 8/16 GBit — termiczny (BTU — 11 792)

Zobacz też