IO 性能、顺序访问和随机访问

在硬盘上能够看到两个指标，响应时间（Response Time）和数据传输速率（Date Transfer Rate）。

首先看传输速率：我们现在常用的硬盘有两种。一种是 HDD 硬盘，也就是我们常说的机械硬盘。另一种是 SSD 硬盘，一般也被叫作固态硬盘。现在的 HDD 硬盘，用的是 SATA 3.0 的接口。而 SSD 硬盘呢，通常会用两种接口，一部分用的也是 SATA 3.0 的接口；另一部分呢，用的是 PCI Express 的接口。

现在我们常用的 SATA 3.0 的接口，带宽是 6Gb/s。这里的“b”是比特。这个带宽相当于每秒可以传输 768MB 的数据。而我们日常用的 HDD 硬盘的数据传输率，差不多在 200MB/s 左右。

SATA 接口的硬盘，因为 SATA 接口的限制，读写速度受限制，实际 SSD 硬盘能够更快，所以我们可以换用 PCI Express 的接口。

响应时间：程序发起一个硬盘的写入请求，直到这个请求返回的时间。

上图中 4K 指标代表的是计算机上的程序去随机读取磁盘上的某一个 4K 大小的数据，一秒之内可以读到多少数据。在这个指标上，接口类型已经不是影响访问速度的因素了，在随机读写的时候，数据传输率也只能到 40MB/s 左右，是顺序读写情况下的几十分之一。

我们拿这个 40MB/s 和一次读取 4KB 的数据算一下。

也就是说，一秒之内该硬盘可以随机读取一万次 4KB 的数据，写入的话，大概是两万次左右。这个每秒读写的速度称为 IOPS 即每秒输入输出操作的次数。

4K-Thrd：随机64队列深度测试，软件则会生成64个16MB大小的测试文件（共计1GB），然后同时以4KB的单位尺寸，同时在这64个文件中进行写入和读取测试，最后依然以平均成绩为结果。

IO_WAIT

我们看到，即使是用上了 PCI Express 接口的 SSD 硬盘，IOPS 也就是在 2 万左右。而我们的 CPU 的主频通常在 2GHz 以上，也就是每秒可以做 20 亿次操作。

即使 CPU 向硬盘发起一条读写指令，需要很多个时钟周期，一秒钟 CPU 能够执行的指令数，和我们硬盘能够进行的操作数，也有好几个数量级的差异。这也是为什么，我们在应用开发的时候往往会说“性能瓶颈在 I/O 上”。因为很多时候，CPU 指令发出去之后，不得不去“等”我们的 I/O 操作完成，才能进行下一步的操作。

IO_WAIT 也就是 CPU 等待 IO 完成操作花费的时间占 CPU 的百分比。

root@Wangying:~# iostat
Linux 5.10.102.1-microsoft-standard-WSL2 (Wangying)     04/26/22        _x86_64_        (8 CPU)
avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           0.15    0.07    0.14    0.01    0.00   99.63
  .
Device             tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_dscd/s    kB_read    kB_wrtn    kB_dscd
sda              27.29         0.74     13819.60         0.00        225    4194800          0
sdb               2.35       152.09         0.00         0.00      46165          0          0
sdc              19.91       836.72        74.59        24.21     253977      22640       7348