如何测量 Windows 上的存储性能和 IOPS？

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可以估计现有或设计的存储系统性能的主要指标之一是IOPS（每秒输入/输出操作）。简单来说，IOPS 是单位时间内存储、磁盘或文件系统的读/写操作数。该数字越大，存储的性能就越高（坦率地说，IOPS 值必须与其他存储性能特征（例如延迟、吞吐量等）一起考虑）。

在本文中，我们将介绍在 Windows 中测量存储性能（IOPS、延迟、吞吐量）的几种方法（您可以将本手册用于本地硬盘驱动器、SSD、SMB 网络文件夹、CSV 卷或 SAN/iSCSI 存储上的 LUN）。

在 Windows 中使用磁盘性能计数器捕获存储 I/O

您可以使用性能监视器中的内置磁盘性能计数器粗略估计Windows中当前的存储I/O工作负载。要收集这些计数器数据：

1. 启动Perfmon；

2. 创建新的数据收集器集并选择手动创建；

   

3. 选中复选框创建数据日志 -> 性能计数器；

   

4. 现在，在新数据收集集的属性中，为物理磁盘对象添加以下性能计数器（您可以选择特定磁盘或所有可用本地磁盘的计数器）：

   • 平均。磁盘秒/传输

5. 平均。磁盘队列长度

6. 平均磁盘字节/传输

7. 磁盘字节/秒

8. 磁盘传输/秒

9. 分割 IO/秒

10. 您可以更改其他数据收集属性。默认情况下，每 15 秒收集一次计数器值。

    要显示实时磁盘性能，您需要在监控工具->性能监视器部分添加指定的Perfmon计数器。

    

11. 仍然需要开始收集性能计数器数据（选择开始）并等待收集足够的信息进行分析。之后，右键单击您的数据收集器集并选择停止；

    

12. 要查看收集的性能数据，请转至Perfmon -> Reports -> User Defined -> Data_Disk_IO —> check_the_last_set。默认情况下，磁盘数据以图表的形式显示；

13. 使用 Ctrl + G 切换到报告模式。

    

如何理解Perfmon收集的存储性能计数器？为了快速分析磁盘/存储性能，您需要查看至少以下 5 个计数器的值。

在分析计数器数据时，建议您了解当前物理磁盘（存储）配置（是否使用 RAID 或 Stripe、磁盘数量和类型、缓存大小等）。

• 磁盘秒/传输 - 使用存储设备或磁盘执行一次写入/读取操作所需的时间（磁盘延迟）。如果延迟超过25毫秒（0.25），则磁盘阵列无法按时处理I/O操作。对于高负载服务器，磁盘延迟值不应超过10毫秒（0.1）；

• 磁盘传输/秒 - (IOPS)。每秒读/写操作的数量。这是磁盘访问强度的主要指标（文末列出了不同磁盘类型的大概IOPS值）；

• 磁盘字节/秒 - 每秒总磁盘吞吐量（读+写）。最大值取决于磁盘类型（常规 HDD 磁盘为 150-250 Mb/s，SSD 为 500-10000）；

• Split IO/sec - 当操作系统必须将一个 I/O 操作拆分为多个磁盘请求时的磁盘碎片指示器。它还可能表明应用程序请求的数据块太大，无法在一次操作中传输；

• 平均。磁盘队列长度 - 排队的读/写请求的平均数量。对于单个磁盘，队列长度不应超过2。对于4块磁盘的RAID阵列，磁盘队列长度的阈值为8。

DiskSpd：在 Windows 中测试磁盘性能和 IOPS

Microsoft 建议使用 DiskSpd (https://aka.ms/diskspd) 实用程序在磁盘（存储）系统上生成负载并测量其性能。这是一个命令行界面工具，可以在多个线程中对指定的驱动目标执行 I/O 操作。我经常使用 DiskSpd 来测量存储性能，并从特定服务器获取最大可用读/写速度和 IOPS（当然您也可以测量存储的性能，在这种情况下，diskspd 将用于生成存储负载）。

DiskSpd 不需要安装，只需下载存档并将其解压到本地磁盘即可。对于 x64 位系统，请使用 amd64fre 目录中的 diskspd.exe 版本。

我使用以下命令来测试磁盘的性能：

diskspd.exe -c50G -d300 -r -w40 -t8 -o32 -b64K -Sh -L E:\diskpsdtmp.dat > DiskSpeedResults.txt

重要。使用diskspd.exe时，测试系统的磁盘和CPU上会产生相当大的负载。为了消除用户的性能下降，不建议在高峰时段在生产系统上启动它。

• -c50G

  - 文件大小 50 GB（最好使用较大的文件大小，以便它不适合存储控制器的缓存）；

• -d300

  - 测试持续时间（以秒为单位）；

• -r

  - 随机读/写操作（如果需要测试顺序访问，请使用-s）；

• -t8

  - 线程数；

• -w40

  - 写入与读取操作的比率40%/60%；

• -o32

  ——队列长度；

• -b64K

  ——块大小；

• -Sh

  — 不使用缓存；

• -L

  — 测量延迟；

• E:\diskpsdtmp.dat

  - 测试文件路径。

压力测试完成后，可以从输出表中获得平均存储性能值。

在我的测试中，获得了以下性能数据（查看Total IO表）：

• MiB/s — 241（大约 252 Mb/s，不错）；

• IOPS — 3866（非常好！）；

• 平均延迟 — 66.206 毫秒（相当大的延迟！）。

您可以获取读取（读取 IO 部分）或写入（写入 IO 部分）操作的单独值。

使用 diskspd 测试了多个磁盘或存储 LUN 后，您可以对它们进行比较或选择具有任务所需性能的阵列。

如何使用 PowerShell 测量存储 IOPS、吞吐量和延迟？

我找到了一个 PowerShell 脚本（由 Microsoft MVP Mikael Nystrom 编写），它本质上是 SQLIO.exe 实用程序（一组文件存储性能测试）的附加组件。

注意。 2015年12月，微软宣布终止对该工具的支持，并用更通用的工具Diskspd取代SQLIO，并从其网站上删除了SQLIO分发文件。因此，您必须自己搜索 sqlio.exe，或者从我们的网站下载它（它位于包含 PowerShell 脚本的存档中）。

因此，下载包含 2 个文件的存档：SQLIO.exe 和 DiskPerformance.ps1 (disk_perf_iops.ZIP - 74 KB) 并将其解压到任意文件夹。

运行 PowerShell 脚本来估计磁盘性能和 IOPS 的示例：

.\DiskPerformance.ps1 -TestFileName test.dat -TestFileSizeInGB 1 -TestFilepath C:\temp -TestMode Get-LargeIO -FastMode True -RemoveTestFile True -OutputFormat Out-GridView

让我们考虑一下脚本参数：

• -TestFileName test.dat

  - FSUTIL 工具创建的文件的名称；

• -TestFileSizeInGB 1

  - 测试文件大小。可能的值为 1.5、10、50、100、500、1,000 GB。文件大小必须大于存储系统缓存的大小。否则，IOPS将针对缓存数据进行测量，而不是磁盘；

• -TestFilepath C:\Temp

  - 此处指定要测量性能的磁盘以及磁盘上的文件夹，将在其中创建测试文件。您还可以指定网络共享文件夹 (SMB) 的 UNC 路径；

• -TestMode Get-LargeIO

  - 输入输出测量有两种选择。 Get-SmallIO 允许测量 IOPS，Get-LargeIO 测量数据传输速率。 SmallIO 和 LargeIO 参数的区别在于测量速率时的块大小为 8 KB 和 512 KB，以及相应的访问类型（随机或顺序）；

• -FastMode True

  - 在Fast模式下，每个测试运行10秒，否则需要60秒；

• -RemoveTestFile True

  - 测试结束后删除测试文件；

• -OutputFormat Out-GridView

  - 测试结果可以显示在 PowerShell 控制台 (Format-Table) 或单独的图形图表窗口 (Out-Gridview) 中。

在我们的案例中（使用通过 SAN 连接的 HP MSA 2040 上的 VMFS 数据存储上的 vmdk 虚拟磁盘），磁盘阵列显示的平均 IOPS 值约为 15,000，数据传输速率（吞吐量）约为 5 Gbit/s。

下表显示了不同磁盘类型的近似 IOPS 值：

TypeIOPSSSD(SLC)6000SSD(MLC)100015K RPM175-20010K RPM125-1507.2K RPM50-75Raid5 of 6 drives with 10K RPM1000

我发现了一些针对一些流行的 Microsoft 服务的 IOPS 磁盘性能建议：

1. Microsoft Exchange 2010 有 5,000 个用户，每个用户每天接收 75 封电子邮件并发送 30 封电子邮件，将需要至少 3,750 IOPS；

2. Microsoft SQL 2008 Server每秒处理 3,500 个 SQL 事务 (TPS)，需要 28,000 IOPS；

3. 用于 10-100 个用户的通用 Windows 应用程序服务器需要 10-40 IOPS。