1.3.2 常见系统性能瓶颈
1．硬件瓶颈
任何系统的性能问题最终都会体现在硬件上，影响系统性能的主要硬件部件通常都是CPU、内存、硬盘，而其中的性能瓶颈往往是在硬盘上。作为计算机硬件中发展最慢的设备，很多常见瓶颈都是由于硬盘的读/写速度慢导致的。提高硬盘读/写性能的方法无非是提高转速、提高单碟容量、增加缓存和更新接口，传统的温氏硬盘已经基本没有太大的调优空间了，因为从稳定性的角度15?000 RPM（RPM是Revolutions Per Minute的缩写，是转/每分钟。RPM值越大，内部传输速率就越快，访问时间就越短，硬盘的整体性能也就越好）已经几乎是极限了，而提高单碟容量也存在一定的技术瓶颈，1TB单碟的容量想要突破还需要比较长的时间。
对于现在的主流配置硬件来说，每秒钟十几GB的数据读取写入速度（内存）不在话下，而传统的温氏硬盘到现在也只能做到平均120MB/s的读取速度，这个速度还是针对大文件读/写的，而对于服务器（特别是WWW服务器）大量4KB小文件读/写速度，会惊人地下跌至1MB不到，而对应的IOPS（每秒磁盘读/写次数）会低得可怜，大量的数据都在排队从硬盘上读取到内存中，再利用内存的超大带宽完成操作，这也是为什么内存大系统会运行比较快的原因。而一旦内存耗尽，数据不得不从硬盘上读取，这时系统的响应时间会大幅下降。在现在的很多系统中都会使用Memory Cache技术来解决小文件读/写的问题，但是这种技术存在一个比较致命的缺点就是一旦内存掉电，那么就意味着数据丢失，关键业务不能使用这种技术（例如，买入股票这样的操作不能写在内存中，否则一旦掉电，这笔业务就没了）。而除了Memory Cache技术以外，固态硬盘给了我们更多的选择，对于传统硬盘的读/写速度瓶颈及IOPS，固态硬盘提供了全面的提升。
何为IOPS？
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/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。
传统温氏磁盘本质上是一种机械装置，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15?000 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速率。目前IDE/ATA能达到133MB/s，SATA II可达到300MB/s的接口数据传输速率，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 + 60?000/7200/2)?≈140
IOPS = 1000 / (3 + 60?000/10?000/2)≈167
IOPS = 1000 / (3 + 60?000/15?000/2)=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。因此对比测量磁盘IOPS时，必须在同样的测试基准下进行，即使这样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%顺序读负载情况下的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、oZone、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。
如表1.1所示的磁盘IOPS数据来自http://en.wikipedia.org/wiki/IOPS，给大家一个基本参考。
