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OLTP(Online Transaction Processing)，IOPS是关键衡量指标。另一个重要指标是数据吞吐量(Throughput)，指单位时间内可以成功传输的数据数量。对于大量顺序读写的应用，如VOD(Video On Demand)，则更关注吞吐量指标。
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约为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时间。
因此，理论上可以计算出磁盘的最大IOPS，即IOPS = 1000 ms/ (Tseek + Troatation)，忽略数据传输时间。假设磁盘平均物理寻道时间为3ms, 磁盘转速为7200,10K,15K rpm，则磁盘IOPS理论最大值分别为，
IOPS = 1000 / (3 + 60000/7200/2) = 140
IOPS = 1000 / (3 + 60000/10000/2) = 167
IOPS = 1000 / (3 + 60000/15000/2) = 200
固态硬盘SSD是一种电子装置， 避免了传统磁盘在寻道和旋转上的时间花费，存储单元寻址开销大大降低，因此IOPS可以非常高，能够达到数万甚至数十万。实际测量中，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，即便如何也会产生一定的随机不确定性。通常情况下，IOPS可细分为如下几个指标：
Toatal IOPS，混合读写和顺序随机I/O负载情况下的磁盘IOPS，这个与实际I/O情况最为相符，大多数应用关注此指标。
Random Read IOPS，100%随机读负载情况下的IOPS。
Random Write IOPS，100%随机写负载情况下的IOPS。
Sequential Read IOPS，100%顺序负载读情况下的IOPS。
Sequential Write IOPS，100%顺序写负载情况下的IOPS。
IOPS的测试benchmark工具主要有Iometer, IoZone, FIO等，可以综合用于测试磁盘在不同情形下的IOPS。对于应用系统，需要首先确定数据的负载特征，然后选择合理的IOPS指标进行测量和对比分析，据此选择合适的存储介质和软件系统。下面的磁盘IOPS数据来自http://en.wikipedia.org/wiki/IOPS，给大家一个基本参考。
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Device |
IOPS |
Interface |
Notes |
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7200 RPM SATA drives |
~90 IOPS |
SATA II |
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10k RPM SATA drives, queue depth 1 |
~130 IOPS |
SATA II |
fio -readonly -name iops -rw=randread -bs=512 -runtime=20 -iodepth 1 -filename /dev/sda -ioengine libaio -direct=1 |
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10k RPM Serial Attached SCSI drives |
~140 IOPS |
SAS |
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15k RPM Serial Attached SCSI drives |
~180 IOPS |
SAS |
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10k RPM SATA drives, queue depth 24 |
~290 IOPS |
SATA II |
fio -readonly -name iops -rw=randread -bs=512 -runtime=20 -iodepth 24 -filename /dev/sda -ioengine libaio -direct=1 |
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Simple SLC SSD |
~400 IOPS |
SATA II |
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Intel X25-M G2 (MLC; As of March 2010) |
~8,600 IOPS |
SATA II |
Intel´s data sheet claims 6,600/8,600 IOPS (80GB/160GB version) and 35,000 IOPS for random 4KB writes and reads, respectively. |
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Intel X25-E (SLC; As of March 2009) |
~5,000 IOPS |
SATA II |
Intel´s data sheet claims 3,300 IOPS and 35,000 IOPS for writes and reads, respectively. 5,000 IOPS are measured for a mix. Intel X25-E G1 has around 3 times higher IOPS compared to the Intel X25-M G2. |
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OCZ Z-Drive e84, a PCI Express SLC Solid State Drive |
16,000 IOPS |
PCIe |
Maximum read/write speed of 800/750 MB/s). |
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G.Skill Phoenix Pro et. al. |
~20,000 IOPS |
SATA III |
SandForce-1200 based SSD drives with enhanced firmware, states up to 50,000 IOPS, but real-world performance shows for all drives from different manufacturers ~25,000 IOPS for random read and ~15,000 IOPS for random write. |
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ioDrive, a PCI-Express card with Flash |
140,000 Read IOPS, 135,000 Write IOPS |
PCIe |
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ioDrive Duo |
250,000+ IOPS |
PCIe |
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DDRdrive X1, a May 2009 PCI Express based solid-state drive |
300,000+ (512B Random Read IOPS) and 200,000+ (512B Random Write IOPS) |
PCIe |
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Texas Memory System RamSan-20 |
120,000+ Random Read/Write IOPS |
PCIe |
Inlude RAM cache and UltraCapacitor to preserve the memory non-volatile |
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Texas Memory System RamSan-630 Appliance |
1,000,000+ Random Read/Write IOPS |
FC / InfiniBand |
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Violin Memory Appliance |
1,000,000+ Random Read/Write IOPS |
Proprietary interconnect |
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ioDrive Octal (single PCI Express card) |
1,000,000+ Random Read/Write IOPS |
PCIe |
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我们前面已经说过了，厂商所提供的IOPS值是在理想状态下测试出来的，对实际的运行性能的参考并不大，所以我们有必要通过以下几个方面来衡量该系统的实际IOPS的可能表现。决定IOPS的主要因素取决于阵列的算法，Cache命中率，以下介绍RAID磁盘IOPS。
阵列的算法也因为不同厂商不同型号的产品而不同，如我们最近遇到在HDS USP上面，可能因为ldev(lun)存在队列或者资源限制，而单个ldev的IOPS就上不去。所以，决定采购某型号的存储之前，有必要了解这个存储的一些算法规则与限制。
Cache命中率对实际IOPS有决定性的影响，Cache命中率取决于数据的分布，Cache size的大小，数据访问的规则，以及Cache的算法，如果完整的讨论下来，这里将变得很复杂，可以有一天来慢慢讨论。我们这里把这些内部原理都省略掉，只强调：对于一个存储阵列来说，读Cache的命中率越高，一般就表示它可以支持更多的IOPS，为什么这么说呢？这个就与我们下面要讨论的硬盘IOPS有关系了。
每个物理硬盘能处理的IOPS是有限制的，如
同样，如果一个阵列有120块15K rpm转速的光纤硬盘，那么，它能支撑的最大IOPS为120*150=18000，这个为硬件限制的理论值，如果超过这个值，硬盘的响应可能会变的非常缓慢而不能正常提供业务。较高的读Cache命中率，能降低硬盘IOPS负荷，让硬盘在较小的压力下良好工作。
在我们的上一篇文章“RAID 5和RAID 10，哪种RAID 适合你(上)”中曾经讨论过，在RAID 5与RAID 10的不同机制上，读数据时，IOPS性能其实没有差别。但是，相同的业务，在写入数据时，采用不同的RAID 机制最终落在RAID磁盘IOPS上是有差别的，我们评估的正是磁盘的整体IOPS，如果达到了磁盘的限制，性能肯定是上不去了。
那我们假定一个case，业务应用的IOPS是10000，读Cache命中率是30%，读IOPS为60%，写IOPS为40%，磁盘个数为120，那么分别计算在RAID 5与RAID 10的情况下，每个RAID磁盘IOPS为多少。
RAID 5:
1. 单块盘的IOPS = (10000*(1-0.3)*0.6 + 4 * (10000*0.4))/120
2. = (4200 + 16000)/120
3. = 168
这里的10000*(1-0.3)*0.6表示是读的IOPS，比例是0.6，除掉Cache命中，实际只有4200个读IOPS。而4 * (10000*0.4) 表示写的IOPS，因为每一个写，在RAID 5中，实际发生了4个io，所以写的IOPS为16000个。
为了考虑RAID 5在写操作的时候，那2个读操作也可能发生命中，所以更精确的计算应该为：
1. 单块盘的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
这样我们计算出来单个盘的IOPS为148个，基本达到RAID磁盘IOPS极限，在这种情况下，磁盘的工作状态是非常不理想的。
RAID 10对IOPS性能的影响
1. 单块盘的IOPS = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4))/120
2. = (4200 + 8000)/120
3. = 102