Измерение производительности и IOPS жестких дисков и СХД в Windows

Одной из основных метрик, позволяющих оценить производительность существующей или проектируемой системы хранения данных является IOPS (Input/Output Operations Per Second — количество операций ввода/вывода). Говоря простым языком, IOPS – этой количество блоков, которое успевает считаться или записаться на носитель или файловую систему в единицу времени. Чем это число больше – тем больше производительность данной дисковой подсистемы (откровенно говоря, само по себе значение IOPS стоит рассматривать в комплексе с другими характеристиками СХД, таким как средняя задержка, пропускная способность и т.п.).

В этой статье мы рассмотрим несколько способов измерения производительности используемой системы хранения данных в IOPS под Windows (локальный жесткий, SSD диск, сетевая папка SMB, CSV том или LUN на СХД в сети SAN).

Счетчики производительности дисковой подсистемы Windows

Вы можете оценить текущий уровень нагрузки на дисковую подсистему с помощью встроенных счетчиков производительности Windows из Performance Monitor. Чтобы собрать данные по этим счетчикам:

1. Запустите Perfmon ;
2. Создайте новый набор сборщиков данных (Data Collector Set). Выберите Create manually;
3. Выберите опцию Create data logs -> Performance counter;
4. Теперь в свойствах нового набора для сбора данных добавьте следующие счетчики производительности для объекта Physical Disk (можете выбрать счётчики для конкретного диска или для всех доступных локальных дисков):
   • Avg. Disk Sec./Transfer
   • Avg. Disk Queue Length
   • Avg Disk Bytes/Transfer
   • Disk Bytes/sec
   • Disk Transfers/sec
   • Split IO/sec
5. Можете изменить другие параметра сбора данных. По умолчанию значения счетчиков собираются каждые 15 секунд.
   Чтобы отображать данные о производительности дисков в реальном времени нужно добавить указанные счётчик в Perfmon в разделе Monitoring Tools -> Performance Monitor.
   
6. Осталось запустить сбор данных счетчиков производительности (Start) и дождаться сбора достаточного количества информации для анализа. После этого щелкните ПКМ по набору у выберите Stop;
7. Чтобы просмотреть собранные данные по диску, перейдите в раздел Perfmon -> Reports -> User Defined -> Data_Disk_IO — > ваш набор. По умолчанию данные по диску отображаются в виде графиков;
8. С помощью Ctrl+G переключитесь в режим Report.

Как интерпретировать результаты производительности дисков в Perfmon? Для быстрого анализа производительности дисковой подсистемы необходимо посмотреть на значения как минимум следующих 5 счетчиков.

• Disk sec/Transfer – время, необходимое для выполнения одной операции записи/чтения на устройство хранения/диск — disk latency. Если задержка более 25 мс (0.25) или выше, значит дисковый массив не успевает выполнять операции. Для высоконагруженных систем значение не должно превышать 10 мс (0.1);
• Disk Transfers/sec – количество операций чтения/записи в секунду (IOPS). Это основной показатель интенсивности обращений к дискам (примерные значения в IOPS для разных типов дисков представлены в конце статьи);
• Disk Bytes/Sec – средняя скорость обмена с диском (чтения/записи) за 1 секунду. Максимальные значения зависит от типа диска (150-250 Мб/секунду — для обычного диска и 500-10000 для SSD);
• Split IO/sec – показатель фрагментации диска, когда операционной системе приходится разделять одну операцию ввода/вывода на несколько операций. Может также говорить о том, приложение запрашивает слишком большие блоки данных, которые немогут быть переданы за одну операцию;
• Avg. Disk Queue Length– длина очереди к диску (количество транзакций ожидающий обработку). Для одиночного диска длина очереди не должна превышать 2. Для RAID массива из 4 дисков длина очереди до 8 будет считаться допустимым значением.

Тестирование IOPS в Windows с помощью DiskSpd

Для генерации нагрузки на дисковую подсистему и измерения ее производительности Microsoft рекомендует использовать утилиту DiskSpd (https://aka.ms/diskspd). Эта консольная утилита, которая в несколько потоков может осуществлять операции I/O с указанным таргетом. Я довольно часто использую эту утилиту чтобы замерить производительность СХД в IOPS и получить максимальную скорость чтения/записи c данного сервера (можно конечно измерить производительность и со стороны СХД, в этом случае diskspd будет использоваться для генерации нагрузки).

Утилита не требует установки, просто скачайте и распакуйте архив на локальный диск. Для x64 битных систем используйте версию diskspd.exe из каталога amd64fre.

Я использую такую команду для тестирования диска:

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

• -c50G – размер файла 50 Гб (лучше использовать большой размер файла, чтобы он не поместился в кэш контроллера СХД);
• -d30 0 – продолжительность тестирования в секундах;
• -r – произвольное чтение/запись (если нужно тестировать последовательный доступ, используйте –s);
• -t8 – количество потоков;
• -w40 – соотношение операций записи к операциям чтения 40% / 60%;
• -o32 — длина очереди;
• -b64K — размер блока;
• -Sh — не использовать кэширование;
• -L — измерять задержки (latency) ;
• E:\diskpsdtmp.dat – путь к тестовому файл.

После окончания стресс-теста из полученных таблиц можно получить средние значения производительности.

Например, в моем тесте получены следующие общие данные про производительности (Total IO):

• MiB/s — 241 (около 252 Мб/сек, неплохо)
• IOPS — 3866.49 (отлично!)
• Средняя задержка — 66.206 мс (высоковато!)

Можно получить отдельные значения только по операциям чтения (секция Read IO ) или записи (секция Write IO ).

Протестировав с помощью diskspd несколько дисков или LUN на СХД, вы сможете сравнить их или выбрать массив с нужной производительностью под свои задачи.

Как получить IOPS и производительность дисковой подсистемы с помощью PowerShell?

Недавно мне на глаза попался PowerShell скрипт (автор Microsoft MVP, Mikael Nystrom), являющийся по сути надстройкой над утилитой SQLIO.exe (набора тестов для расчета производительности файлового хранилища).

Итак, скачайте архив содержащий 2 файла: SQLIO.exe и DiskPerformance.ps1 (disk-perf-iops.ZIP — 73Кб) и распакуйте архив в произвольный каталог.

Пример запуска PowerShell скрипта для определения IOPS:

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

Я использовал в скрипте следующие аргументы:

• -TestFileName test.dat — имя файла, создаваемого утилитой FSUTIL;
• –TestFileSizeInGB 1 — размер файла для тестов. Допустимые варианты 1,5,10,50,100,500,1000 Гб. Размер файла должен быть больше, чем размер кэша системы. Иначе будет измеряться IOPS для данных в кэше, а не на диске;
• -TestFilepath C:\Temp — указывается диск, для которого будет выполняться расчет производительности и каталог на диске, в котором будет создаваться тестовый файл. Допустимо указать UNC путь к сетевой папке;
• —TestMode Get-LargeIO — есть два варианта измерения нагрузки, Get-SmallIO – измеряются IOPS, Get-LargeIO – измеряется скорость передачи данных. Разница между аргументами SmallIO и LargeIO, в размерах блоков при замере скорости 8 Кбайт и 512 Кбайт, и типе доступа Random или Sequential соответственно;
• -FastMode True — в режиме Fastmode каждый тест выполняется 10 секунд, иначе 60 сек;
• -RemoveTestFile True — удалить тестовый файл по окончании теста;
• -OutputFormat Out-GridView — возможен вывод результатов измерения в консоль PowerShell (Format-Table) или в отдельное окно графической таблицы (Out-Gridview);

В нашем случае дисковый массив (тестировался виртуальный vmdk диск на VMFS хранилище, расположенном на дисковой полке HP MSA 2040 с доступом через SAN) показал среднее значение IOPS около 15000 и скорости передачи данных (пропускная способность) около 5 Гбит/сек.

В следующей таблице указаны примерные значения IOPS для различных типов дисков:

Ниже приведены ряд рекомендаций по производительности дисков в IOPS для распространенных сервисов:

• Microsoft Exchange 2010 – с 5000 пользователей, каждый из которых получает 75 и отправляет 30 писем в день, потребует как минимум 3750 IOPS
• Microsoft SQL 2008 Server – с 3500 SQL транзакциями в секунду (TPS) — 28000 IOPS
• Обычный сервер приложений Windows на 10-100 пользователей — 10-40 IOPS