关于几个与IO相关的重要概念

Posted 2020-12-30 jiweilearn

1、读/写IO

读IO就是发指令从磁盘读取某段序号连续的扇区内容。指令一般是通知磁盘开始扇区位置，然后给出需要从这个初始扇区往后读取的连续扇区个数，同时给出动作是读还是写。磁盘收到这条指令就会按照指令的要求读或者写数据。控制器发出这种指令加数据并得到对方回执的过程就是一次IO读或IO写。

一个IO所要提取的扇区段一定是连续的，如果想提取或写入两段不连续的扇区段，只能将它们放入两个IO钟分别执行，这也就是为何随机IO对设备的IOPS指标要求较高的原因。

2、大/小块IO

指控制器的指令中给出的连续读取扇区数目的多少。如果数目很大，如128、64等，就应该算是大块IO；如果很小，比如1、4、8等，就应该算是小块IO。大块和小块之间没有明确的界限。

3、连续/随机IO

连续喝随机是指本次IO给出的初始扇区地址和上一次IO的结束扇区地址是不是完全连续的或者相隔不多的。如果是，则本次IO应该算是一个连续IO；如果相差太大，则算一次随机IO。连续IO因为本次初始扇区和上次结束扇区相隔很近，则磁头几乎不用换道或换道时间极短。如果相差太大，则磁头需要很长的换道时间。如果随机IO很多，会导致磁头不停换道，效率大大降低。

4、顺序/并发IO

意思是，磁盘控制器如果可以同时对一个RAID系统中的多块磁盘同时发送IO指令（当然这里的同时是宏观的概念，如果所有磁盘都在一个总线或者环路上，则这里的同时就是指向一块磁盘发送一条指令后不必等待它回应，接着向另一块磁盘发送IO指令），并且这些最底层的IO数据包含了文件系统级下发的多个IO的数据，则为并发IO。如果这些直接发向磁盘的IO只包含了文件系统下发的一个IO的数据，则此时为顺序IO，即控制器缓存中的文件系统下发的IO队列，只能一个一个来。并发IO模式在特定的条件下可以很大程度地提高效率和速度。

5、持续/间断IO

连续不断的发送或者接受IO请求数据流，这种情况为持续IO；IO数据流时断时续则为间断IO。

6、稳定/突发IO

某存储设备或者某程序在一段时间内接收或者发送的IOPS以及Throughput（吞吐量）保持相对稳定和恒定，则称为稳定IO；如果单位时间的IOPS或者Throughtput突然猛增，则为突发IO。

7、实/虚IO

某IO请求中包含对应实际数据地址的，比如磁盘LBA地址，或者文件偏移量，请求读或者写实际文件或者磁盘扇区数据的，称为实IO；而应用程序针对文件元数据操作的（在文件系统层以上没有文件主体数据操作），或者针对磁盘发送的非实体数据IO请求，比如Report LUN、SCSI Sense Request等控制性IO，称为虚IO。

8、IO并发几率

单盘，IO并发几率为0，因为一块磁盘同时只可以进行一次IO。对于RAID0，在2块盘情况下，条带深度比较大的时候（条带太小不能并发IO），并发两个IO的几率为1/2.其他情况请自行运算。

9、IOPS

完成一次IO所用的时间=寻道时间+旋转延迟时间+数据传输时间，IOPS=IO并发系数/（寻道时间+旋转延迟时间+数据传输时间）。由于寻道时间相对于传输时间要大几个数量级所以影响IOPS的关键因素就是降低寻道时间。在连续IO的情况下，寻道时间很短，仅在换磁道时候需要寻道。在这个前提下，传输时间越少，IOPS就越高。

10、每秒IO吞吐量

显然，每秒IO吞吐量=IOPS*平均IO SIZE。IO SIZE越大，IOPS越高，每秒IO吞吐量就越高。设磁头每秒读写数据速度为V，V为定值，则IOPS=IO并发系数/（寻道时间+旋转延迟时间+IO SIZE/V）。带入得每秒IO吞吐量=IO并发系数*IO SIZE*V/（V*寻道时间+V*旋转延迟时间+IO SIZE）。可以看出影响每秒IO吞吐量的最大因素就是IO SIZE和寻道时间以及旋转延迟时间。IO SIZE越大，寻道时间越小，吞吐量越高。相比能显著影响IOPS的因素只有一个，就是寻道时间。