IOPS - IOPS

Input/Output Operations per Second ( IOPS , ausgesprochen eye-ops ) ist ein Input/Output Performance Measurement zur Charakterisierung von Computerspeichergeräten wie Festplatten (HDD), Solid State Drives (SSD) und Storage Area Networks (SAN). Wie Benchmarks beziehen sich auch die von Speichergeräteherstellern veröffentlichten IOPS-Zahlen nicht direkt auf die reale Anwendungsleistung.

Hintergrund

Um die Leistungsmerkmale eines Speichergeräts sinnvoll zu beschreiben, müssen mindestens drei Metriken gleichzeitig angegeben werden: IOPS, Reaktionszeit und (Anwendungs-) Workload. Ohne gleichzeitige Spezifikationen von Reaktionszeit und Workload sind IOPS im Wesentlichen bedeutungslos. Isoliert können IOPS als analog zu "Umdrehungen pro Minute" eines Automotors angesehen werden, dh ein Motor, der bei 10.000 U / min mit seinem Getriebe im Leerlauf drehen kann, vermittelt nichts Wertvolles, jedoch ein Motor, der ein bestimmtes Drehmoment und eine bestimmte PS-Leistung bei . entwickeln kann eine gegebene Anzahl von U/min beschreibt die Fähigkeiten des Motors vollständig.

Die spezifische Anzahl von IOPS, die in jeder Systemkonfiguration möglich ist, hängt stark von den Variablen ab, die der Tester in das Programm eingibt, einschließlich der Balance von Lese- und Schreibvorgängen, der Mischung aus sequentiellen und wahlfreien Zugriffsmustern, der Anzahl der Worker- Threads und der Warteschlange Tiefe sowie die Datenblockgrößen. Es gibt andere Faktoren, die die IOPS-Ergebnisse ebenfalls beeinflussen können, einschließlich der Systemeinrichtung, der Speichertreiber, der Hintergrundoperationen des Betriebssystems usw. Auch beim Testen von SSDs müssen insbesondere Überlegungen zur Vorkonditionierung berücksichtigt werden.

Leistungsmerkmale

Direktzugriff im Vergleich zum sequentiellen Zugriff.

Die am häufigsten gemessenen Leistungsmerkmale sind sequentielle und zufällige Operationen. Sequentielle Operationen greifen in zusammenhängender Weise auf Orte auf dem Speichergerät zu und sind im Allgemeinen mit großen Datenübertragungsgrößen, z . B. 128  kB, verbunden . Zufallsoperationen greifen in nicht zusammenhängender Weise auf Orte auf dem Speichergerät zu und sind im Allgemeinen mit kleinen Datenübertragungsgrößen, z. B. 4 kB, verbunden.

Die gängigsten Leistungsmerkmale sind wie folgt:

Bei HDDs und ähnlichen elektromechanischen Speichergeräten hängen die zufälligen IOPS-Zahlen hauptsächlich von der zufälligen Suchzeit des Speichergeräts ab , während bei SSDs und ähnlichen Solid-State-Speichergeräten die zufälligen IOPS-Zahlen hauptsächlich vom internen Controller und der Speicherschnittstelle des Speichergeräts abhängen Geschwindigkeiten. Bei beiden Arten von Speichergeräten geben die sequentiellen IOPS-Zahlen (insbesondere bei Verwendung einer großen Blockgröße) in der Regel die maximale kontinuierliche Bandbreite an, die das Speichergerät verarbeiten kann. Häufig werden sequentielle IOPS wie folgt als einfache MB/s- Zahl gemeldet :

${\displaystyle {\text{IOPS}}\times {\text{TransferSizeInBytes}}={\text{BytesPerSec}}}$ (wobei die Antwort normalerweise in MegabytesPerSec konvertiert wird )

Einige HDDs verbessern die Leistung, wenn die Anzahl der ausstehenden IOs (dh die Warteschlangentiefe) zunimmt. Dies ist normalerweise das Ergebnis einer fortschrittlicheren Controller-Logik auf dem Laufwerk, die Befehlswarteschlangen und -neuordnungen durchführt, die allgemein als Tagged Command Queuing (TCQ) oder Native Command Queuing (NCQ) bezeichnet werden. Die meisten handelsüblichen SATA- Laufwerke können dies entweder nicht oder ihre Implementierung ist so schlecht, dass kein Leistungsvorteil erkennbar ist. SATA-Laufwerke der Enterprise-Klasse, wie Western Digital Raptor und Seagate Barracuda NL, werden mit tiefen Warteschlangen um fast 100 % verbessert. High-End- SCSI- Laufwerke, die häufiger in Servern zu finden sind, zeigen im Allgemeinen eine viel größere Verbesserung, wobei die Seagate Savvio 400 IOPS übertrifft – mehr als eine Verdoppelung ihrer Leistung.

Während herkömmliche HDDs ungefähr die gleichen IOPS für Lese- und Schreibvorgänge haben, schreiben die meisten NAND-Flash-basierten SSDs viel langsamer als das Lesen, da sie nicht direkt an einem zuvor geschriebenen Speicherort neu schreiben können, was ein Verfahren namens Garbage Collection erzwingt . Dies hat dazu geführt, dass Hardware-Teststandorte beim Testen der IOPS-Leistung unabhängig gemessene Ergebnisse liefern.

Flash-SSDs wie die Intel X25-E (veröffentlicht 2010) haben viel höhere IOPS als herkömmliche HDDs. In einem von Xssist durchgeführten Test mit Iometer , 4 KB zufällige Übertragungen, 70/30 Lese-/Schreibverhältnis, Warteschlangentiefe 4, begannen die vom Intel X25-E 64GB G1 gelieferten IOPS um 10000 IOPs und fielen nach 8 Minuten stark ab 4000 IOPS und nahm in den nächsten 42 Minuten allmählich ab. Die IOPS schwanken zwischen 3000 und 4000 ab ca. 50 Minuten, für den Rest der über 8 Stunden lief der Test. Selbst mit dem Abfall der zufälligen IOPS nach der 50. Minute hat das X25-E immer noch viel höhere IOPS im Vergleich zu herkömmlichen Festplatten. Einige SSDs, darunter das OCZ RevoDrive 3 x2 PCIe, das den SandForce- Controller verwendet, haben eine viel höhere anhaltende Schreibleistung gezeigt, die der Lesegeschwindigkeit eher entspricht.

Beispiele

Mechanische Festplatten

Die beim Testen verwendete Blockgröße wirkt sich erheblich auf die Anzahl der IOPS aus, die von einem bestimmten Laufwerk ausgeführt werden. Nachfolgend finden Sie einige typische Leistungsdaten:

Solid-State-Geräte

Siehe auch

• Anweisungen pro Sekunde
• Leistung pro Watt

Verweise