IOPS

IOPS（アイオプス）は、ハードディスクドライブ（HDD）、ソリッドステートドライブ（SSD）、ストレージエリアネットワーク（SAN）などのコンピュータストレージデバイスの特性評価に使用される入出力パフォーマンスの測定値です。ベンチマークと同様に、ストレージデバイスメーカーが公開するIOPSの数値は、実際のアプリケーションパフォーマンスと直接関係するものではありません。[ 1 ] [ 2 ]

背景

ストレージデバイスのパフォーマンス特性を意味のある形で説明するには、少なくとも3つの指標、すなわちIOPS、応答時間、そして（アプリケーション）ワークロードを同時に指定する必要があります。応答時間とワークロードを同時に指定しなければ、IOPSは実質的に意味をなしません。IOPSは単独では、自動車エンジンの「毎分回転数」に類似したものと考えることができます。つまり、トランスミッションがニュートラルの状態で10,000回転/分で回転するエンジンは、何の価値も伝えません。しかし、特定の回転数で特定のトルクと馬力を発揮できるエンジンは、そのエンジンの能力を完全に表します。

特定のシステム構成で可能なIOPSの数は、テスターがプログラムに入力する変数（読み取りと書き込み操作のバランス、シーケンシャルアクセスとランダムアクセスパターンの混合、ワーカースレッドの数とキューの深さ、データブロックサイズなど）によって大きく異なります。[ 1 ]システム設定、ストレージドライバー、OSのバックグラウンド操作など、IOPSの結果に影響を与える可能性のある他の要因もあります。また、特にSSDをテストする場合は、事前調整を考慮する必要があります。[ 3 ]

パフォーマンス特性

ランダムアクセスとシーケンシャルアクセスの比較

測定される最も一般的なパフォーマンス特性は、シーケンシャル操作とランダム操作です。シーケンシャル操作は、ストレージデバイス上の連続した場所にアクセスし、通常、128 KB以上といった大きなデータ転送サイズを伴います 。ランダム操作は、ストレージデバイス上の不連続な場所にアクセスし、通常、4 KBといった小さなデータ転送サイズを伴います。

最も一般的なパフォーマンス特性は次のとおりです。

測定 説明
合計IOPS 1秒あたりのI/O操作の合計数（読み取りテストと書き込みテストを組み合わせて実行した場合）
ランダム読み取りIOPS 1秒あたりのランダム読み取りI/O操作の平均数
ランダム書き込みIOPS 1秒あたりのランダム書き込みI/O操作の平均数
シーケンシャルリードIOPS 1秒あたりの連続読み取りI/O操作の平均数
シーケンシャル書き込みIOPS 1秒あたりの連続書き込みI/O操作の平均数

HDDや類似の電気機械式ストレージデバイスの場合、ランダムIOPSの数値は主にストレージデバイスのランダムシークタイムに依存しますが、SSDや類似のソリッドステートストレージデバイスの場合、ランダムIOPSの数値は主にストレージデバイスの内部コントローラとメモリインターフェースの速度に依存します。どちらのタイプのストレージデバイスでも、シーケンシャルIOPSの数値（特に大きなブロックサイズを使用している場合）は通常、ストレージデバイスが処理できる最大持続帯域幅を示します。[ 1 ]シーケンシャルIOPSは、多くの場合、次のように単純なメガバイト/秒の数値 で報告されます。

IOPS × (転送サイズ（バイト）) = (1秒あたりのバイト数)

(その後、MB/sに変換されます。)

一部のHDD/SSDでは、未処理のIO数（キューの深さ）が増加するにつれてパフォーマンスが向上します。これは通常、ドライブ上のより高度なコントローラロジックがコマンドのキューイングと並べ替えを実行することによるもので、一般的にタグ付きコマンドキューイング（TCQ）またはネイティブコマンドキューイング（NCQ）と呼ばれます。多くのコンシューマー向けSATA HDDは、これを実行できないか、実装が不十分なためパフォーマンスの向上が見られません。Western Digital RaptorやSeagate Barracuda NLなどのエンタープライズクラスのSATA HDDでは、キューの深さを増やすことでパフォーマンスがほぼ100%向上します。[ 4 ]

従来のHDDは読み取りと書き込みのIOPSがほぼ同じですが、多くのNANDフラッシュベースのSSDとUSBスティックは、以前に書き込まれた場所に直接書き直すことができないため、ガベージコレクションと呼ばれる手順を強制的に実行し、読み取りよりも書き込みがはるかに遅くなります。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]このため、ハードウェアテストサイトはIOPSパフォーマンスをテストする際に、独立して測定された結果を提供し始めました。

Intel X25-E（2010年リリース）などのフラッシュSSDは、従来のHDDよりもはるかに高いIOPSを備えています。XssistがIometerを使用して4KBのランダム転送、70/30の読み取り/書き込み比、キューの深さ4で行ったテストでは、Intel X25-E 64 GB G1によって提供されたIOPSは約10000 IOPSで始まり、8分後に4000 IOPSまで急激に低下し、次の42分間は徐々に低下し続けました。IOPSは、約50分後から3000から4000の間で変動し、残りの8時間以上のテストでは変化しませんでした。[ 8 ] 50分以降にランダムIOPSが低下したにもかかわらず、X25-Eは依然として従来のハードディスクドライブと比較してはるかに高いIOPSを備えています。SandForceコントローラを搭載したOCZ RevoDrive 3 x2 PCIeを含む一部のSSDは、読み取り速度に近い、はるかに高い持続書き込み性能を示しています。[ 9 ] たとえば、一般的なオペレーティングシステムには多くの小さなファイル（DLL ≤ 128 kBなど）があるため、SSDはシステムドライブに適しています。[ 10 ]

例

機械式ハードドライブ

テストに使用するブロックサイズは、特定のドライブで実行されるIOPS数に大きく影響します。以下に、いくつかの典型的なパフォーマンス数値を示します。[ 11 ]

表示されないメートル法 → IOPSIOPSMB/秒IOPSIOPSMB/秒
ドライブ ブロックサイズ→ 4KB64KB64KB512 KB512 KB大きい
タイプ回転数 アクセスタイプ → ランダム ランダム ランダム ランダム ランダム 一連
SAS15K188 – 203 175～192 11.2 – 12.3 115～135 58.9 – 68.9 91.5 – 126.3
FC15K163 – 178 151 – 169 9.7～10.8 97 – 123 49.7 – 63.1 73.5 – 127.5
FC10K142 – 151 130～143 8.3～9.2 80～104 40.9 – 53.1 58.1 – 107.2
SAS10K142 – 151 130～143 8.3～9.2 80～104 40.9 – 53.1 58.1 – 107.2
SATA7200 73～79 69～76 4.4～4.9 47～63歳 24.3～32.1 43.4 – 97.8
SATA5400 57 55 3.5 44 22.6

ソリッドステートデバイス

デバイス タイプ IOPS インタフェース 注記
インテル X25-M G2 ( MLC ) SSD約8,600 IOPS [ 12 ]SATA 3 ギガビット/秒 インテルのデータシート[ 13 ]では、ランダム4KB書き込みと読み取りでそれぞれ6,600/8,600 IOPS（80GB/160GBバージョン）と35,000 IOPSを謳っています。
インテル X25-E (SLC) SSD 約5,000 IOPS [ 14 ]SATA 3 ギガビット/秒 インテルのデータシート[ 15 ]によると、書き込みと読み込みのIOPSはそれぞれ3,300 IOPSと35,000 IOPSです。5,000 IOPSは、書き込みと読み込みの混合で測定されたものです。インテルX25-E G1は、インテルX25-M G2と比較して約3倍のIOPSを誇ります。[ 16 ]
G.スキルフェニックス プロ SSD 約20,000 IOPS [ 17 ]SATA 3 ギガビット/秒 SandForce -1200ベースのSSDドライブは、拡張ファームウェアを搭載し、最大50,000 IOPSと謳っていますが、ベンチマークでは、この特定のドライブのランダム読み取りで約25,000 IOPS、ランダム書き込みで約15,000 IOPSを示しています。[ 17 ]
サムスンSSD 850 PRO SSD 最大100,000読み取りIOPS、最大90,000書き込みIOPS [ 18 ]SATA 6 ギガビット/秒 QD32で4KBアラインメントランダムI/O、QD1で10,000読み取りIOPS、36,000書き込みIOPS、256GB以上のモデルで550MB/秒のシーケンシャル読み取り、520MB/秒のシーケンシャル書き込み、128GBモデルで550MB/秒のシーケンシャル読み取り、470MB/秒のシーケンシャル書き込み[ 18 ]
Virident Systemsタッチオン SSD 4kBブロック使用時で最大320,000回の持続的な読み取りIOPS、および4kBブロック使用時で最大200,000回の持続的な書き込みIOPS [ 19 ]PCIe
OCZ レボドライブ 3 X2 SSD 最大20万回のランダム書き込み4k IOPS [ 20 ]PCIe
DDRドライブX1 SSD 最大300,000以上（512Bランダム読み取りIOPS）および200,000以上（512Bランダム書き込みIOPS）[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]PCIe
サムスンSSD 960 EVO SSD 最大380,000読み取りIOPS最大360,000書き込みIOPS [ 25 ]NVMe over PCIe 3.0 x4、M.2QD4（実質的にはQD16）の4つのワーカーによる4 kBアラインメントランダムI/O、[ 26 ] 1 TBモデルQD1で14,000読み取りIOPS、50,000書き込みIOPS 500 GBモデルで330,000読み取りIOPS、330,000書き込みIOPS 250 GBモデルで300,000読み取りIOPS、330,000書き込みIOPS最大3.2 GB/秒のシーケンシャル読み取り、1.9 GB/秒のシーケンシャル書き込み[ 25 ]
サムスンSSD 960 PRO SSD 最大440,000読み取りIOPS最大360,000書き込みIOPS [ 25 ]NVMe over PCIe 3.0 x4、M.2QD4（実質的にはQD16）の4つのワーカーによる4kBアラインメントランダムI/O、[ 26 ] 1TBおよび2TBモデルQD1で14,000読み取りIOPS、50,000書き込みIOPS 512GBモデルで330,000読み取りIOPS、330,000書き込みIOPS最大3.5GB/秒のシーケンシャル読み取り、2.1GB/秒のシーケンシャル書き込み[ 25 ]
カミナリオK2 SSD 最大2,000,000 IOPS。[ 27 ]ビジネスアプリケーションをシミュレートするSPC-1ベンチマークでは1,200,000 IOPS [ 28 ] [ 29 ]FCMLCフラッシュ
NetApp FAS6240 クラスタ フラッシュ/ディスク 仮想ストレージ階層化機能を備えた60のシェルフにまたがる1,440台の15kディスクを使用した場合のSPECsfs2008 nfsv3 IOPは1,261,145でした。[ 30 ]NFS、SMB、FC、FCoE、iSCSI SPECsfs2008 は、ファイル サーバーのスループットと応答時間を測定する Standard Performance Evaluation Corporation ベンチマーク スイートの最新バージョンであり、さまざまなベンダー プラットフォーム間でパフォーマンスを比較するための標準化された方法を提供します。
EMC DSSD D5 フラッシュ 最大1000万IOPS [ 31 ]PCIe すぐに使用可能、最大 48 のクライアントで高可用性を実現。 PCIeラックスケールフラッシュアプ​​ライアンス。製品は販売終了しました。[ 32 ]

参照

参考文献

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