关注高性能服务器的存储I/O瓶颈

服务器技术与性能正在迅速的发展与提高，而这其中主要的推动力，毫无疑问就是CPU，许多周边设备的技术发展与进步是与CPU密切相关的，比如内存、网络I/O以及存储设备等。而在当前，处理器的多核化已经不可阻挡，这又将给周边的数据设备带来新的挑战。

由于处理器内核的增加，也必将加剧对服务器资源的争夺，这里包括了内存容量、内存带宽、网络带宽以及存储I/O带宽等等。现在去衡量一个采用多核处理器的服务器的基本能力时，一个基本的指标就是每核所分配的到资源，如果资源不够，每个核心的性能也将不能充分的发挥。而且，随着服务器虚拟化的不断普及，在单台服务器上承载多个应用虚拟机已经趋于常态，而这种显而易见的多任务的压力也就分摊在相应的I/O设备上了。

为此，厂商在不断的给内存增加通道数量，提高内存的传输率，网络I/O也从Mbps向10Gbps级迈进，这些基本都是可以通过电子电路设计的改进来实现，因此慢慢的，人们就感觉到最终的性能瓶颈开始向存储集中，即传统的硬盘（或称磁盘）系统。

传统硬盘的优势与劣势

硬盘（全称硬盘驱动器，HDD——Hard Disk Drive）已经有了很悠久的历史了，最早可以追溯到50多年前，所以发展至今已经千锤百炼，在技术上已经相当的成熟，伴随着垂直磁记录等技术的普及与发展，硬盘现在容量已经发展到TB的级别，每GB的成本不过几毛钱，这在当前的服务器系统中的优势无可比拟，但是由于硬盘的原理性限制，它的劣势在CPU性能突飞猛进的今天也就越发明显。

我们知道硬盘的存储是基于旋转的磁盘，在工作时有一个磁头臂带着磁头在旋转的磁盘上做径向的寻址，然后再读写数据，这里就存在着较大的访问延迟。由于磁头在开始读写数据前要先找到相应的磁道，再找到相应的扇区，所以其平均寻址时间由平均寻道时间+平均潜伏期得来，以当前最高性能的15000RPM（每分钟15000转）的传统硬盘产品为例，其平均寻道时间为3.2ms，平均潜伏期（盘片旋转半圈的时间）为2ms，两者相加为5.2ms，这就意味着它对寻址命令的平均响应能力是192IOPS，IOPS就是指硬盘在每秒里可执行的I/O操作数，由于必须先找到地址才能进行I/O操作，所以IOPS也基本可以理解为对寻址命令的响应能力，这对于CPU的事务处理非常关键，尤其是非常常见的随机访问操作（如数据库）。

虽然现在有较为成熟的命令排队技术来优化硬盘的寻址操作，但理论的上它的实际性能很难超过单一的平均潜伏期的水平，比如平均潜伏期为2ms，那么IOPS的最大值就在500左右，这就是传统硬盘传统硬盘的最理想的水平，而实际测试成绩一般在200至300之间。在传统的单核服务器上，这样的IOPS表现似乎问题不大，但如果是在多路多核的系统上，尤其是多虚拟机环境下，这无疑将成为最明显的性能瓶颈。可是，基于机械的硬盘在这方面是力不从心的，因为转速很难再提升，所以它的响应速度最终就落在ms（毫秒）的级别。

另一方面，由于是在旋转的磁盘上进行数据的读写，所以其数据传输率将随磁道的位置产生变化，最外圈的磁道数据传输率最高，但越往里数据传输率越低，这从其数据传输曲线图上就能看出来，它是一个呈阶梯状的从高向低的曲线，也就是说硬盘无法做到数据传输的恒定，这也对其有效带宽造成了致命影响。

传统15000rpm企业级硬盘的测试图，数据传输率也因为内外圈的设计，而有所不同，内圈的数据传输率基本上只有外圈的66.7%