Windows性能計(jì)數(shù)器--磁盤性能分析Disk
Physical Disk：
單次IO大小
Avg.Disk Bytes/Read
Avg.Disk Bytes/Write
IO響應(yīng)時(shí)間
Avg.Disk sec/Read
Avg.Disk sec/Write
IOPS
DiskReads/sec
DiskWrites/sec
DiskTransfers/sec
IO吞吐率
DiskBytes/sec
DiskRead Bytes/sec
DiskWrite Bytes/sec

磁盤有兩個(gè)重要的參數(shù)：Seek time、Rotational latency。
正常的I/O計(jì)數(shù)為：①1000/(Seek time+Rotational latency)*0.75，在此范圍內(nèi)屬正常。當(dāng)達(dá)到85％的I/O計(jì)數(shù)以上時(shí)則基本認(rèn)為已經(jīng)存在I/O瓶頸。理論情況下，磁盤的隨機(jī)讀計(jì)數(shù)為125、 順序讀計(jì)數(shù)為225。對(duì)于數(shù)據(jù)文件而言是隨機(jī)讀寫，日志文件是順序讀寫。因此，數(shù)據(jù)文件建議存放于RAID5上，而日志文件存放于RAID10或 RAID1中。
附：
15000 RPM：150隨機(jī)IOPS
10000 RPM：110隨機(jī)IOPS
5400 RPM：50隨機(jī)IOPS

下面假設(shè)在有4塊硬盤的RAID5中觀察到的Physical Disk性能對(duì)象的部分值：

Avg. DiskQueue Length 12 隊(duì)列長(zhǎng)度
Avg. DiskSec/Read .035 讀數(shù)據(jù)所用時(shí)間ms
Avg. DiskSec/Write .045 寫數(shù)據(jù)所用時(shí)間ms
DiskReads/sec 320 每秒讀數(shù)據(jù)量
DiskWrites/sec 100 每秒寫數(shù)據(jù)量
Avg. DiskQueue Length，12/4=3，每塊磁盤的平均隊(duì)列建議不超過2。
Avg. DiskSec/Read一般不要超過11～15ms。
Avg. DiskSec/Write一般建議小于12ms。

從上面的結(jié)果，我們看到磁盤本身的I/O能力是滿足我們的要求的，原因是因?yàn)橛写罅康恼?qǐng)求才導(dǎo)致隊(duì)列等待，這很可能是因?yàn)槟愕腟QL語句導(dǎo)致大量的表掃描所致。在進(jìn)行優(yōu)化后，如果還是不能達(dá)到要求，下面的公式可以幫助你計(jì)算使用幾塊硬盤可以滿足這樣的并發(fā)要求：
Raid 0 -- I/Os per disk = (reads +writes) / number of disks
Raid 1 -- I/Os per disk = [reads +(2 * writes)] / 2
Raid 5 -- I/Os per disk = [reads +(4 * writes)] / number of disks
Raid 10 -- I/Os per disk = [reads +(2 * writes)] / number of disks

我們得到的結(jié)果是：(320+400)/4=180，這時(shí)你可以根據(jù)公式①來得到磁盤的正常I/O值。假設(shè)現(xiàn)在正常I/O計(jì)數(shù)為125，為了達(dá)到這個(gè)結(jié)果：720/125=5.76。就是說要用6塊磁盤才能達(dá)到這樣的要求。

但是上面的Disk Reads/sec和Disk Writes/sec是個(gè)很難正確估算的值。因此只能在系統(tǒng)比較忙時(shí)，大概估算一個(gè)平均值，作為計(jì)算公式的依據(jù)。另一個(gè)是你很難從客戶那里得到Seek time、 Rotational latency參數(shù)的值，這也只能用理論值125進(jìn)行計(jì)算。
前言
作為一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理員，關(guān)注系統(tǒng)的性能是日常最重要的工作之一，而在所關(guān)注的各方面的性能只能IO性能卻是最令人頭痛的一塊，面對(duì)著各種生澀的參數(shù)和令人眼花繚亂的新奇的術(shù)語，再加上存儲(chǔ)廠商的忽悠，總是讓我們有種云里霧里的感覺。本系列文章試圖從基本概念開始對(duì)磁盤存儲(chǔ)相關(guān)的各種概念進(jìn)行綜合歸納，讓大家能夠?qū)O性能相關(guān)的基本概念，IO性能的監(jiān)控和調(diào)整有個(gè)比較全面的了解。
在這一部分里我們先舍棄各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的存儲(chǔ)系統(tǒng)，直接研究一個(gè)單獨(dú)的磁盤的性能問題，藉此了解各個(gè)衡量IO系統(tǒng)系能的各個(gè)指標(biāo)以及之間的關(guān)系。
幾個(gè)基本的概念
在研究磁盤性能之前我們必須先了解磁盤的結(jié)構(gòu)，以及工作原理。不過在這里就不再重復(fù)說明了，關(guān)系硬盤結(jié)構(gòu)和工作原理的信息可以參考維基百科上面的相關(guān)詞條——Hard disk drive（英文）和硬盤驅(qū)動(dòng)器（中文）。
讀寫IO(Read/Write IO)操作
磁盤是用來給我們存取數(shù)據(jù)用的，因此當(dāng)說到IO操作的時(shí)候，就會(huì)存在兩種相對(duì)應(yīng)的操作，存數(shù)據(jù)時(shí)候?qū)?yīng)的是寫IO操作，取數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?yīng)的是讀IO操作。
單個(gè)IO操作
當(dāng)控制磁盤的控制器接到操作系統(tǒng)的讀IO操作指令的時(shí)候，控制器就會(huì)給磁盤發(fā)出一個(gè)讀數(shù)據(jù)的指令，并同時(shí)將要讀取的數(shù)據(jù)塊的地址傳遞給磁盤，然后磁盤會(huì)將讀取到的數(shù)據(jù)傳給控制器，并由控制器返回給操作系統(tǒng)，完成一個(gè)寫IO的操作；同樣的，一個(gè)寫IO的操作也類似，控制器接到寫的IO操作的指令和要寫入的數(shù)據(jù)，并將其傳遞給磁盤，磁盤在數(shù)據(jù)寫入完成之后將操作結(jié)果傳遞回控制器，再由控制器返回給操作系統(tǒng)，完成一個(gè)寫IO的操作。單個(gè)IO操作指的就是完成一個(gè)寫IO或者是讀IO的操作。
隨機(jī)訪問(Random Access)與連續(xù)訪問(Sequential Access)
隨機(jī)訪問指的是本次IO所給出的扇區(qū)地址和上次IO給出扇區(qū)地址相差比較大，這樣的話磁頭在兩次IO操作之間需要作比較大的移動(dòng)動(dòng)作才能重新開始讀/寫數(shù)據(jù)。相反的，如果當(dāng)次IO給出的扇區(qū)地址與上次IO結(jié)束的扇區(qū)地址一致或者是接近的話，那磁頭就能很快的開始這次IO操作，這樣的多個(gè)IO操作稱為連續(xù)訪問。因此盡管相鄰的兩次IO操作在同一時(shí)刻發(fā)出，但如果它們的請(qǐng)求的扇區(qū)地址相差很大的話也只能稱為隨機(jī)訪問，而非連續(xù)訪問。
順序IO模式(Queue Mode)/并發(fā)IO模式(BurstMode)
磁盤控制器可能會(huì)一次對(duì)磁盤組發(fā)出一連串的IO命令，如果磁盤組一次只能執(zhí)行一個(gè)IO命令時(shí)稱為順序IO；當(dāng)磁盤組能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)IO命令時(shí)，稱為并發(fā)IO。并發(fā)IO只能發(fā)生在由多個(gè)磁盤組成的磁盤組上，單塊磁盤只能一次處理一個(gè)IO命令。

單個(gè)IO的大小(IO ChunkSize)
熟悉數(shù)據(jù)庫的人都會(huì)有這么一個(gè)概念，那就是數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)有個(gè)基本的塊大小(Block Size)，不管是SQL Server還是Oracle，默認(rèn)的塊大小都是8KB，就是數(shù)據(jù)庫每次讀寫都是以8k為單位的。那么對(duì)于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用發(fā)出的固定8k大小的單次讀寫到了寫磁盤這個(gè)層面會(huì)是怎么樣的呢，就是對(duì)于讀寫磁盤來說單個(gè)IO操作操作數(shù)據(jù)的大小是多少呢，是不是也是一個(gè)固定的值？答案是不確定。首先操作系統(tǒng)為了提高 IO的性能而引入了文件系統(tǒng)緩存(File System Cache)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)請(qǐng)求數(shù)據(jù)的情況將多個(gè)來自IO的請(qǐng)求先放在緩存里面，然后再一次性的提交給磁盤，也就是說對(duì)于數(shù)據(jù)庫發(fā)出的多個(gè)8K數(shù)據(jù)塊的讀操作有可能放在一個(gè)磁盤讀IO里就處理了。還有對(duì)于有些存儲(chǔ)系統(tǒng)也是提供了緩存（Cache）的，接收到操作系統(tǒng)的IO請(qǐng)求之后也是會(huì)將多個(gè)操作系統(tǒng)的 IO請(qǐng)求合并成一個(gè)來處理。不管是操作系統(tǒng)層面的緩存還是磁盤控制器層面的緩存，目的都只有一個(gè)，提高數(shù)據(jù)讀寫的效率。因此每次單獨(dú)的IO操作大小都是不一樣的，它主要取決于系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)讀寫效率的判斷。
當(dāng)一次IO操作大小比較小的時(shí)候我們成為小的IO操作，比如說1K，4K，8K這樣的；當(dāng)一次IO操作的數(shù)據(jù)量比較的的時(shí)候稱為大IO操作，比如說32K，64K甚至更大。
在我們說到塊大?。˙lock Size）的時(shí)候通常我們會(huì)接觸到多個(gè)類似的概念，像我們上面提到的那個(gè)在數(shù)據(jù)庫里面的數(shù)據(jù)最小的管理單位，Oralce稱之為塊(Block)，大小一般為8K，SQL Server稱之為頁(Page)，一般大小也為8k。在文件系統(tǒng)里面我們也能碰到一個(gè)文件系統(tǒng)的塊，在現(xiàn)在很多的Linux系統(tǒng)中都是4K（通過 /usr/bin/time -v可以看到），它的作用其實(shí)跟數(shù)據(jù)庫里面的塊/頁是一樣的，都是為了方便數(shù)據(jù)的管理。但是說到單次IO的大小，跟這些塊的大小都是沒有直接關(guān)系的，在英文里單次IO大小通常被稱為是IO Chunk Size，不會(huì)說成是IO Block Size的。
IOPS(IO per Second)
IOPS，IO系統(tǒng)每秒所執(zhí)行IO操作的次數(shù)，是一個(gè)重要的用來衡量系統(tǒng)IO能力的一個(gè)參數(shù)。對(duì)于單個(gè)磁盤組成的IO系統(tǒng)來說，計(jì)算它的IOPS不是一件很難的事情，只要我們知道了系統(tǒng)完成一次IO所需要的時(shí)間的話我們就能推算出系統(tǒng)IOPS來。
現(xiàn)在我們就來推算一下磁盤的IOPS，假設(shè)磁盤的轉(zhuǎn)速(Rotational Speed)為15K RPM，平均尋道時(shí)間為5ms，最大傳輸速率為40MB/s（這里將讀寫速度視為一樣，實(shí)際會(huì)差別比較大）。
對(duì)于磁盤來說一個(gè)完整的IO操作是這樣進(jìn)行的：當(dāng)控制器對(duì)磁盤發(fā)出一個(gè)IO操作命令的時(shí)候，磁盤的驅(qū)動(dòng)臂(ActuatorArm)帶讀寫磁頭(Head)離開著陸區(qū)(LandingZone，位于內(nèi)圈沒有數(shù)據(jù)的區(qū)域)，移動(dòng)到要操作的初始數(shù)據(jù)塊所在的磁道(Track)的正上方，這個(gè)過程被稱為尋址(Seeking)，對(duì)應(yīng)消耗的時(shí)間被稱為尋址時(shí)間(SeekTime)；但是找到對(duì)應(yīng)磁道還不能馬上讀取數(shù)據(jù)，這時(shí)候磁頭要等到磁盤盤片(Platter)旋轉(zhuǎn)到初始數(shù)據(jù)塊所在的扇區(qū)(Sector)落在讀寫磁頭正上方的之后才能開始讀取數(shù)據(jù)，在這個(gè)等待盤片旋轉(zhuǎn)到可操作扇區(qū)的過程中消耗的時(shí)間稱為旋轉(zhuǎn)延時(shí)(RotationalDelay)；接下來就隨著盤片的旋轉(zhuǎn)，磁頭不斷的讀/寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊，直到完成這次IO所需要操作的全部數(shù)據(jù)，這個(gè)過程稱為數(shù)據(jù)傳送(DataTransfer)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間稱為傳送時(shí)間(TransferTime)。完成這三個(gè)步驟之后一次IO操作也就完成了。
在我們看硬盤廠商的宣傳單的時(shí)候我們經(jīng)常能看到3個(gè)參數(shù)，分別是平均尋址時(shí)間、盤片旋轉(zhuǎn)速度以及最大傳送速度，這三個(gè)參數(shù)就可以提供給我們計(jì)算上述三個(gè)步驟的時(shí)間。
第一個(gè)尋址時(shí)間，考慮到被讀寫的數(shù)據(jù)可能在磁盤的任意一個(gè)磁道，既有可能在磁盤的最內(nèi)圈（尋址時(shí)間最短），也可能在磁盤的最外圈（尋址時(shí)間最長(zhǎng)），所以在計(jì)算中我們只考慮平均尋址時(shí)間，也就是磁盤參數(shù)中標(biāo)明的那個(gè)平均尋址時(shí)間，這里就采用當(dāng)前最多的10krmp硬盤的5ms。
第二個(gè)旋轉(zhuǎn)延時(shí)，和尋址一樣，當(dāng)磁頭定位到磁道之后有可能正好在要讀寫扇區(qū)之上，這時(shí)候是不需要額外額延時(shí)就可以立刻讀寫到數(shù)據(jù)，但是最壞的情況確實(shí)要磁盤旋轉(zhuǎn)整整一圈之后磁頭才能讀取到數(shù)據(jù)，所以這里我們也考慮的是平均旋轉(zhuǎn)延時(shí)，對(duì)于10krpm的磁盤就是(60s/15k)*(1/2)= 2ms。
第三個(gè)傳送時(shí)間，磁盤參數(shù)提供我們的最大的傳輸速度，當(dāng)然要達(dá)到這種速度是很有難度的，但是這個(gè)速度卻是磁盤純讀寫磁盤的速度，因此只要給定了單次IO的大小，我們就知道磁盤需要花費(fèi)多少時(shí)間在數(shù)據(jù)傳送上，這個(gè)時(shí)間就是IOChunk Size / Max Transfer Rate。
現(xiàn)在我們就可以得出這樣的計(jì)算單次IO時(shí)間的公式：
IO Time = Seek Time + 60 sec/Rotational Speed/2 + IO ChunkSize/Transfer Rate
于是我們可以這樣計(jì)算出IOPS
IOPS = 1/IO Time = 1/(Seek Time + 60 sec/Rotational Speed/2 + IOChunk Size/Transfer Rate)
對(duì)于給定不同的IO大小我們可以得出下面的一系列的數(shù)據(jù)
4K (1/7.1 ms = 140 IOPS)
5ms + (60sec/15000RPM/2) + 4K/40MB = 5 + 2 + 0.1 = 7.1
8k (1/7.2 ms = 139 IOPS)
5ms + (60sec/15000RPM/2) + 8K/40MB = 5 + 2 + 0.2 = 7.2
16K (1/7.4 ms = 135 IOPS)
5ms + (60sec/15000RPM/2) + 16K/40MB = 5 + 2 + 0.4 = 7.4
32K (1/7.8 ms = 128 IOPS)
5ms + (60sec/15000RPM/2) + 32K/40MB = 5 + 2 + 0.8 = 7.8
64K (1/8.6 ms = 116 IOPS)
5ms + (60sec/15000RPM/2) + 64K/40MB = 5 + 2 + 1.6 = 8.6
從上面的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)單次IO越小的時(shí)候，單次IO所耗費(fèi)的時(shí)間也越少，相應(yīng)的IOPS也就越大。
上面我們的數(shù)據(jù)都是在一個(gè)比較理想的假設(shè)下得出來的，這里的理想的情況就是磁盤要花費(fèi)平均大小的尋址時(shí)間和平均的旋轉(zhuǎn)延時(shí)，這個(gè)假設(shè)其實(shí)是比較符合我們實(shí)際情況中的隨機(jī)讀寫，在隨機(jī)讀寫中，每次IO操作的尋址時(shí)間和旋轉(zhuǎn)延時(shí)都不能忽略不計(jì)，有了這兩個(gè)時(shí)間的存在也就限制了IOPS的大小?，F(xiàn)在我們考慮一種相對(duì)極端的順序讀寫操作，比如說在讀取一個(gè)很大的存儲(chǔ)連續(xù)分布在磁盤的文件，因?yàn)槲募拇鎯?chǔ)的分布是連續(xù)的，磁頭在完成一個(gè)讀IO操作之后，不需要從新的尋址，也不需要旋轉(zhuǎn)延時(shí)，在這種情況下我們能到一個(gè)很大的IOPS值，如下
4K (1/0.1 ms = 10000 IOPS)
0ms + 0ms + 4K/40MB = 0.1
8k (1/0.2 ms = 5000 IOPS)
0ms + 0ms + 8K/40MB = 0.2
16K (1/0.4 ms = 2500 IOPS)
0ms + 0ms + 16K/40MB = 0.4
32K (1/0.8 ms = 1250 IOPS)
0ms + 0ms + 32K/40MB = 0.8
64K (1/1.6 ms = 625 IOPS)
0ms + 0ms + 64K/40MB = 1.6
相比第一組數(shù)據(jù)來說差距是非常的大的，因此當(dāng)我們要用IOPS來衡量一個(gè)IO系統(tǒng)的系能的時(shí)候我們一定要說清楚是在什么情況的IOPS，也就是要說明讀寫的方式以及單次IO的大小，當(dāng)然在實(shí)際當(dāng)中，特別是在OLTP的系統(tǒng)的，隨機(jī)的小IO的讀寫是最有說服力的。
傳輸速度(Transfer Rate)/吞吐率(Throughput)
現(xiàn)在我們要說的傳輸速度（另一個(gè)常見的說法是吞吐率）不是磁盤上所表明的最大傳輸速度或者說理想傳輸速度，而是磁盤在實(shí)際使用的時(shí)候從磁盤系統(tǒng)總線上流過的數(shù)據(jù)量。有了IOPS數(shù)據(jù)之后我們是很容易就能計(jì)算出對(duì)應(yīng)的傳輸速度來的
Transfer Rate = IOPS * IO Chunk Size
還是那上面的第一組IOPS的數(shù)據(jù)我們可以得出相應(yīng)的傳輸速度如下
4K: 140 * 4K = 560K / 40M = 1.36%
8K: 139 * 8K = 1112K / 40M = 2.71%
16K: 135 * 16K = 2160K / 40M = 5.27%
32K: 116 * 32K = 3712K / 40M = 9.06%
可以看出實(shí)際上的傳輸速度是很小的，對(duì)總線的利用率也是非常的小。
這里一定要明確一個(gè)概念，那就是盡管上面我們使用IOPS來計(jì)算傳輸速度，但是實(shí)際上傳輸速度和IOPS是沒有直接關(guān)系，在沒有緩存的情況下它們共同的決定因素都是對(duì)磁盤系統(tǒng)的訪問方式以及單個(gè)IO的大小。對(duì)磁盤進(jìn)行隨機(jī)訪問時(shí)候我們可以利用IOPS來衡量一個(gè)磁盤系統(tǒng)的性能，此時(shí)的傳輸速度不會(huì)太大；但是當(dāng)對(duì)磁盤進(jìn)行連續(xù)訪問時(shí)，此時(shí)的IOPS已經(jīng)沒有了參考的價(jià)值，這個(gè)時(shí)候限制實(shí)際傳輸速度卻是磁盤的最大傳輸速度。因此在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，只會(huì)用IOPS 來衡量小IO的隨機(jī)讀寫的性能，而當(dāng)要衡量大IO連續(xù)讀寫的性能的時(shí)候就要采用傳輸速度而不能是IOPS了。
IO響應(yīng)時(shí)間(IOResponse Time)
最后來關(guān)注一下能直接描述IO性能的IO響應(yīng)時(shí)間。IO響應(yīng)時(shí)間也被稱為IO延時(shí)(IOLatency)，IO響應(yīng)時(shí)間就是從操作系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)出的一個(gè)讀或者寫的IO命令到操作系統(tǒng)內(nèi)核接收到IO回應(yīng)的時(shí)間，注意不要和單個(gè)IO時(shí)間混淆了，單個(gè)IO時(shí)間僅僅指的是IO操作在磁盤內(nèi)部處理的時(shí)間，而IO響應(yīng)時(shí)間還要包括IO操作在IO等待隊(duì)列中所花費(fèi)的等待時(shí)間。
計(jì)算IO操作在等待隊(duì)列里面消耗的時(shí)間有一個(gè)衍生于利托氏定理(Little’sLaw)的排隊(duì)模型M/M/1模型可以遵循，由于排隊(duì)模型算法比較復(fù)雜，到現(xiàn)在還沒有搞太明白（如果有誰對(duì)M/M/1模型比較精通的話歡迎給予指導(dǎo)），這里就羅列一下最后的結(jié)果，還是那上面計(jì)算的IOPS數(shù)據(jù)來說：
8K IO Chunk Size (135 IOPS, 7.2 ms)
135 => 240.0 ms
105 => 29.5 ms
75 => 15.7 ms
45 => 10.6 ms

64K IO Chunk Size(116 IOPS, 8.6 ms)
135 => 沒響應(yīng)了……
105 => 88.6 ms
75 => 24.6 ms
45 => 14.6 ms
從上面的數(shù)據(jù)可以看出，隨著系統(tǒng)實(shí)際IOPS越接近理論的最大值，IO的響應(yīng)時(shí)間會(huì)成非線性的增長(zhǎng)，越是接近最大值，響應(yīng)時(shí)間就變得越大，而且會(huì)比預(yù)期超出很多。一般來說在實(shí)際的應(yīng)用中有一個(gè)70%的指導(dǎo)值，也就是說在IO讀寫的隊(duì)列中，當(dāng)隊(duì)列大小小于最大IOPS的70%的時(shí)候，IO的響應(yīng)時(shí)間增加會(huì)很小，相對(duì)來說讓人比較能接受的，一旦超過70%，響應(yīng)時(shí)間就會(huì)戲劇性的暴增，所以當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的IO壓力超出最大可承受壓力的70%的時(shí)候就是必須要考慮調(diào)整或升級(jí)了。
另外補(bǔ)充說一下這個(gè)70%的指導(dǎo)值也適用于CPU響應(yīng)時(shí)間，這也是在實(shí)踐中證明過的，一旦CPU超過70%，系統(tǒng)將會(huì)變得受不了的慢。很有意思的東西。
從上一篇文章的計(jì)算中我們可以看到一個(gè)15k轉(zhuǎn)速的磁盤在隨機(jī)讀寫訪問的情況下IOPS竟然只有140左右，但在實(shí)際應(yīng)用中我們卻能看到很多標(biāo)有5000IOPS甚至更高的存儲(chǔ)系統(tǒng)，有這么大IOPS的存儲(chǔ)系統(tǒng)怎么來的呢？這就要?dú)w結(jié)于各種存儲(chǔ)技術(shù)的使用了，在這些存儲(chǔ)技術(shù)中使用最廣的就是高速緩存(Cache)和磁盤冗余陣列(RAID)了，本文就將探討緩存和磁盤陣列提高存儲(chǔ)IO性能的方法。
高速緩存(Cache)
在當(dāng)下的各種存儲(chǔ)產(chǎn)品中，按照速度從快到慢應(yīng)該就是內(nèi)存>閃存>磁盤>磁帶了，然而速度越快也就意味著價(jià)格越高，閃存雖然說是發(fā)展勢(shì)頭很好，但目前來說卻還是因?yàn)閮r(jià)格問題無法普及，因此現(xiàn)在還是一個(gè)磁盤作霸王的時(shí)代。與CPU和內(nèi)存速度相比，磁盤的速度無疑是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最大的瓶頸了，所以在必須使用磁盤而又想提高性能的情況下，人們想出了在磁盤中嵌入一塊高速的內(nèi)存用來保存經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)從而提高讀寫效率的方法來折中的解決，這塊嵌入的內(nèi)存就被稱為高速緩存。
說到緩存，這東西應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)是無處不在，從處于上層的應(yīng)用，到操作系統(tǒng)層，再到磁盤控制器，還有CPU內(nèi)部，單個(gè)磁盤的內(nèi)部也都存在緩存，所有這些緩存存在的目的都是相同的，就是提高系統(tǒng)執(zhí)行的效率。當(dāng)然在這里我們只關(guān)心跟IO性能相關(guān)的緩存，與IO性能直接相關(guān)的幾個(gè)緩存分別是文件系統(tǒng)緩存(FileSystem Cache)、磁盤控制器緩存(DiskController Cache)和磁盤緩存(DiskCache,也稱為DiskBuffer)，不過當(dāng)在計(jì)算一個(gè)磁盤系統(tǒng)性能的時(shí)候文件系統(tǒng)緩存也是不會(huì)考慮在內(nèi)的，因此我們重點(diǎn)考察的就是磁盤控制器緩存和磁盤緩存。
不管是控制器緩存還是磁盤緩存，他們所起的作用主要是分為三部分：緩存數(shù)據(jù)、預(yù)讀(Read-ahead)和回寫(Write-back)。

緩存數(shù)據(jù)
首先是系統(tǒng)讀取過的數(shù)據(jù)會(huì)被緩存在高速緩存中，這樣下次再次需要讀取相同的數(shù)據(jù)的時(shí)候就不用在訪問磁盤，直接從緩存中取數(shù)據(jù)就可以了。當(dāng)然使用過的數(shù)據(jù)也不可能在緩存中永久保留的，緩存的數(shù)據(jù)一般那是采取LRU算法來進(jìn)行管理，目的是將長(zhǎng)時(shí)間不用的數(shù)據(jù)清除出緩存，那些經(jīng)常被訪問的卻能一直保留在緩存中，直到緩存被清空。
預(yù)讀
預(yù)讀是指采用預(yù)讀算法在沒有系統(tǒng)的IO請(qǐng)求的時(shí)候事先將數(shù)據(jù)從磁盤中讀入到緩存中，然后在系統(tǒng)發(fā)出讀IO請(qǐng)求的時(shí)候，就會(huì)實(shí)現(xiàn)去檢查看看緩存里面是否存在要讀取的數(shù)據(jù)，如果存在（即命中）的話就直接將結(jié)果返回，這時(shí)候的磁盤不再需要尋址、旋轉(zhuǎn)等待、讀取數(shù)據(jù)這一序列的操作了，這樣是能節(jié)省很多時(shí)間的；如果沒有命中則再發(fā)出真正的讀取磁盤的命令去取所需要的數(shù)據(jù)。

緩存的命中率跟緩存的大小有很大的關(guān)系，理論上是緩存越大的話，所能緩存的數(shù)據(jù)也就越多，這樣命中率也自然越高，當(dāng)然緩存不可能太大，畢竟成本在那兒呢。如果一個(gè)容量很大的存儲(chǔ)系統(tǒng)配備了一個(gè)很小的讀緩存的話，這時(shí)候問題會(huì)比較大的，因?yàn)樾【彺娴臄?shù)據(jù)量非常小，相比整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)來說比例非常低，這樣隨機(jī)讀取（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的大多數(shù)情況）的時(shí)候命中率也自然就很低，這樣的緩存不但不能提高效率（因?yàn)榻^大部分讀IO都還要讀取磁盤），反而會(huì)因?yàn)槊看稳テヅ渚彺娑速M(fèi)時(shí)間。
執(zhí)行讀IO操作是讀取數(shù)據(jù)存在于緩存中的數(shù)量與全部要讀取數(shù)據(jù)的比值稱為緩存命中率(ReadCache Hit Radio)，假設(shè)一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)在不使用緩存的情況下隨機(jī)小IO讀取能達(dá)到150IOPS，而它的緩存能提供10%的緩存命中率的話，那么實(shí)際上它的IOPS可以達(dá)到150/(1-10%)=166。
回寫
首先說一下，用于回寫功能的那部分緩存被稱為寫緩存(WriteCache)。在一套寫緩存打開的存儲(chǔ)中，操作系統(tǒng)所發(fā)出的一系列寫IO命令并不會(huì)被挨個(gè)的執(zhí)行，這些寫IO的命令會(huì)先寫入緩存中，然后再一次性的將緩存中的修改推到磁盤中，這就相當(dāng)于將那些相同的多個(gè)IO合并成一個(gè)，多個(gè)連續(xù)操作的小IO合并成一個(gè)大的IO，還有就是將多個(gè)隨機(jī)的寫IO變成一組連續(xù)的寫IO，這樣就能減少磁盤尋址等操作所消耗的時(shí)間，大大的提高磁盤寫入的效率。

讀緩存雖然對(duì)效率提高是很明顯的，但是它所帶來的問題也比較嚴(yán)重，因?yàn)榫彺婧推胀▋?nèi)存一樣，掉點(diǎn)以后數(shù)據(jù)會(huì)全部丟失，當(dāng)操作系統(tǒng)發(fā)出的寫IO命令寫入到緩存中后即被認(rèn)為是寫入成功，而實(shí)際上數(shù)據(jù)是沒有被真正寫入磁盤的，此時(shí)如果掉電，緩存中的數(shù)據(jù)就會(huì)永遠(yuǎn)的丟失了，這個(gè)對(duì)應(yīng)用來說是災(zāi)難性的，目前解決這個(gè)問題最好的方法就是給緩存配備電池了，保證存儲(chǔ)掉電之后緩存數(shù)據(jù)能如數(shù)保存下來。
和讀一樣，寫緩存也存在一個(gè)寫緩存命中率(WriteCache Hit Radio)，不過和讀緩存命中情況不一樣的是，盡管緩存命中，也不能將實(shí)際的IO操作免掉，只是被合并了而已。
控制器緩存和磁盤緩存除了上面的作用之外還承當(dāng)著其他的作用，比如磁盤緩存有保存IO命令隊(duì)列的功能，單個(gè)的磁盤一次只能處理一個(gè)IO命令，但卻能接收多個(gè)IO命令，這些進(jìn)入到磁盤而未被處理的命令就保存在緩存中的IO隊(duì)列中。
RAID(Redundant Array Of InexpensiveDisks)
如果你是一位數(shù)據(jù)庫管理員或者經(jīng)常接觸服務(wù)器，那對(duì)RAID應(yīng)該很熟悉了，作為最廉價(jià)的存儲(chǔ)解決方案，RAID早已在服務(wù)器存儲(chǔ)中得到了普及。在RAID的各個(gè)級(jí)別中，應(yīng)當(dāng)以RAID10和RAID5（不過RAID5已經(jīng)基本走到頭了，RAID6正在崛起中，看看這里了解下原因）應(yīng)用最廣了。下面將就RAID0，RAID1，RAID5，RAID6，RAID10這幾種級(jí)別的RAID展開說一下磁盤陣列對(duì)于磁盤性能的影響，當(dāng)然在閱讀下面的內(nèi)容之前你必須對(duì)各個(gè)級(jí)別的RAID的結(jié)構(gòu)和工作原理要熟悉才行，這樣才不至于滿頭霧水，推薦查看wikipedia上面的如下條目：RAID，StandardRAID levels，Nested RAID levels。

開始菜單——》控制面板——》管理工具——》性能，如下圖所示：

上面第一個(gè)紅色區(qū)域表示的是選擇要監(jiān)視的機(jī)器；

第二個(gè)區(qū)域顯示的是監(jiān)控對(duì)象，也就是系統(tǒng)的一些通用對(duì)象，如：CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、磁盤等等

第三個(gè)左邊區(qū)域是表示根據(jù)選定的對(duì)象來進(jìn)行細(xì)化的參數(shù)，這些參數(shù)都是選擇監(jiān)視對(duì)象中的某一項(xiàng)指標(biāo)功能，具體請(qǐng)查詢計(jì)數(shù)器的說明文檔

第四個(gè)區(qū)域是根據(jù)選擇的對(duì)象的計(jì)數(shù)器來標(biāo)識(shí)具體的實(shí)例，例如選擇進(jìn)程計(jì)數(shù)器，可以在右邊的實(shí)例列表中選擇對(duì)應(yīng)的進(jìn)程實(shí)例名稱，針對(duì)單一的進(jìn)行匹配監(jiān)視。

通常需要監(jiān)視的數(shù)據(jù)如下如所示：

以上的計(jì)數(shù)器都是通過手動(dòng)選擇添加上來的，一般的壓力測(cè)試需要監(jiān)視的指標(biāo)均如上所示。