IOPS چیست؟ و اهمیت آن در عملکرد سیستم‌های ذخیره‌سازی

آشنایی با IOPS و اهمیت آن در عملکرد سیستم‌های ذخیره‌سازی

چکیده

در عصر داده‌محور کنونی، عملکرد تجهیزات ذخیره‌سازی نقش کلیدی در سرعت، کارایی و پاسخگویی سامانه‌های IT دارد. یکی از مهم‌ترین معیارهای سنجش این عملکرد، IOPS یا تعداد عملیات ورودی/خروجی در ثانیه است. این مقاله به معرفی IOPS، عوامل مؤثر بر آن، نحوه اندازه‌گیری، تفاوت آن در تجهیزات مختلف و کاربردهای آن در دنیای واقعی می‌پردازد.

مقدمه

در سیستم‌های کامپیوتری، هنگامی که یک برنامه یا سیستم‌عامل نیاز به خواندن یا نوشتن داده دارد، عملیات ورودی/خروجی (I/O) به دستگاه ذخیره‌سازی ارسال می‌شود. توانایی یک دستگاه در پاسخگویی سریع به این درخواست‌ها، مستقیماً بر عملکرد کلی سیستم تأثیر می‌گذارد.

IOPS چیست؟

IOPS به تعداد عملیات ورودی/خروجی (خواندن و نوشتن) که یک دستگاه ذخیره‌سازی در یک ثانیه انجام می‌دهد اشاره دارد. این عملیات می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

• خواندن تصادفی (Random Read)

• نوشتن تصادفی (Random Write)

• خواندن ترتیبی (Sequential Read)

• نوشتن ترتیبی (Sequential Write)

عوامل مؤثر بر IOPS

1. نوع رسانه ذخیره‌سازی:

   • SSDها معمولاً IOPS بسیار بالاتری نسبت به HDDها دارند.

   • حافظه‌های NVMe از SSDهای SATA سریع‌تر هستند.

2. اندازه بلوک (Block Size):

   • هرچه اندازه بلوک کوچک‌تر باشد، IOPS ممکن است بیشتر باشد اما نرخ انتقال داده (Throughput) کمتر شود.

3. الگوی دسترسی:

   • دسترسی تصادفی معمولاً فشار بیشتری روی سیستم ایجاد می‌کند.

   • دسترسی ترتیبی باعث بهبود عملکرد می‌شود.

4. صف درخواست (Queue Depth):

   • افزایش عمق صف می‌تواند باعث افزایش IOPS شود، به‌ویژه در SSDها.

5. کنترلر و فرم‌ویر درایو:

   • الگوریتم‌های مدیریتی در کنترلر نیز بر IOPS تأثیر دارند.

تفاوت IOPS در انواع دستگاه‌ها

چگونه IOPS را اندازه‌گیری کنیم؟

ابزارهای زیادی برای اندازه‌گیری IOPS وجود دارند، از جمله:

• fio (Linux)

• CrystalDiskMark (Windows)

• IOmeter

• Diskspd

• vdbench

مثال با fio:

fio --name=test --rw=randread --bs=4k --size=1G --numjobs=4 --runtime=60 --group_reporting

کاربردهای واقعی IOPS

• در دیتاسنترها برای انتخاب نوع مناسب ذخیره‌سازی

• در پایگاه‌های داده برای بهبود عملکرد تراکنش‌ها

• در سرورهای مجازی برای تخصیص منابع عادلانه

• در طراحی سیستم‌های پردازش لحظه‌ای (Real-time)

تفاوت IOPS با Throughput و Latency

هر سه شاخص باید با هم در نظر گرفته شوند تا ارزیابی دقیقی از عملکرد صورت گیرد.

چرا IOPS مهم است؟

اساسا IOPS تشخیص می دهد که تا چه اندازه سریع دیسک سخت کار می کند. سریعتر بودن هارد دیسک سرور به دلایل مختلف بهتر است. گوگل اعلام کرده است که سرعت بارگذاری وب سایت یک عامل رتبه بندی است - به سادگی، وب سایت های سریع تر رتبه بندی بهتر را دریافت می کنند.

همچنین، وب سایت های سریع تر تمایل به فروش بیشتر دارند، زیرا کاربران ترجیح می دهند یک تجربه مرور سریع تر را داشته باشند.

البته راه های زیادی برای سرعت بخشیدن به یک وب سایت وجود دارد، اما یکی از سریع ترین و ارزان ترین ها این است که به SSD Hosting بروید.  

SATA و SAS IOPS

شکل های زیر به عنوان یک قاعده خوب از نظر عملکرد برای هارد دیسک های SATA و SAS  عمل می کنند:

7.2K SATA - +/- 80 IOPS

10K SAS - +/- 120-140 IOPS

15K SAS - +/- 180-200 IOPS

SSD IOPS

هنگامی که IOPS به SSD می آید این تمایل به تولید بر اساس نیاز به سرعت خواندن و نوشتن افزایش میابد. با این حال، اگر ما یک Enterprise Data Center SSD مانند Intel DCS 3500 بگیریم، این IOPS در محدوده بین 4،600 IOPS (Writing Random) تا 75،000 IOPS (Random Reads) می باشد.

نتیجه‌گیری

IOPS به عنوان یک شاخص کلیدی در ارزیابی عملکرد ذخیره‌سازی، برای مهندسان سیستم، مدیران شبکه و معماران زیرساخت اهمیت زیادی دارد. درک درست از این مفهوم می‌تواند به تصمیم‌گیری‌های بهتر در طراحی، بهینه‌سازی و توسعه زیرساخت‌های IT منجر شود.

IOPS مخفف ورودی خروجی در هر ثانیه است. این روش رایج برای اندازه گیری عملکرد هارد دیسک ها مانند هارد درایوهای SATA SAS و SSD LDFH می باشد.

IOPS  تعیین سرعت درایو هارد دیسک می تواند داده ها را بخواند و داده ها را به هارد دیسک بسپارد و می تواند در هر دو هارد دیسک معمولی و همچنین درایوهای SSD استفاده شود.