Bạn có bao giờ thắc mắc tại sao máy chủ với CPU và RAM mạnh vẫn xử lý chậm? Nguyên nhân có thể đến từ chỉ số IOPS – thông số quan trọng quyết định hiệu suất lưu trữ. IOPS ảnh hưởng trực tiếp tốc độ đọc/ghi dữ liệu trên ổ cứng, VPS hay Cloud Server. Bài viết này từ Thuê Máy Chủ Giá Rẻ sẽ giải thích chi tiết IOPS là gì, tầm quan trọng của nó và đồng thời hướng dẫn cách đo lường và kiểm tra chỉ số IOPS giúp bạn hiểu và tối ưu IOPS hiệu quả.

IOPS là gì?

IOPS là viết tắt của Input/Output Operations Per Second, có nghĩa là Số thao tác Input/Output trên mỗi giây, là đơn vị đo lường hiệu suất của một thiết bị lưu trữ (như ổ cứng) bằng cách đếm xem nó có thể thực hiện bao nhiêu thao tác đọc hoặc ghi dữ liệu trong một giây.

Khác với tốc độ đọc/ghi (đơn vị MB/s) đo lượng dữ liệu, IOPS tập trung vào số lượng thao tác. Chỉ số này đặc biệt quan trọng với các ứng dụng thực hiện nhiều thao tác nhỏ, ngẫu nhiên, ví dụ như một cơ sở dữ liệu.

Ví dụ trực quan: Hãy hình dung bạn đang quản lý một thư viện lớn với hàng nghìn cuốn sách.

• Tốc độ đọc/ghi (MB/s) tương đương với tốc độ bạn đọc hết một cuốn sách từ đầu đến cuối.
• Chỉ số IOPS tương đương với số lần bạn có thể lấy một cuốn sách từ kệ và cất một cuốn sách khác vào kệ trong vòng một giây.

Nếu có hàng trăm người cùng lúc yêu cầu các cuốn sách khác nhau một cách ngẫu nhiên, khả năng bạn xử lý được bao nhiêu yêu cầu trong một giây sẽ quyết định hiệu quả của cả thư viện. Đó chính là bản chất của IOPS.

Các loại IOPS cơ bản hiện nay

Để hiểu rõ hơn về IOPS, bạn cần biết rằng có bốn loại cơ bản, tương ứng với các kiểu truy cập dữ liệu khác nhau trong hệ thống.

1. Read IOPS (IOPS Đọc)

Đây là số thao tác đọc dữ liệu mà một thiết bị lưu trữ có thể thực hiện trong một giây. Read IOPS đặc biệt quan trọng với các ứng dụng có tính chất đọc nhiều như:

• Các website tin tức, diễn đàn, nơi người dùng liên tục truy cập để xem nội dung.
• Hệ thống phân tích dữ liệu, nơi dữ liệu được truy xuất để xử lý.

2. Write IOPS (IOPS Ghi)

Là số thao tác ghi dữ liệu mà thiết bị lưu trữ có thể thực hiện trong một giây. Write IOPS rất quan trọng với các hệ thống cần ghi dữ liệu liên tục và nhanh chóng, ví dụ:

• Các cơ sở dữ liệu (database) – nơi các giao dịch và thay đổi được lưu trữ.
• Hệ thống log của máy chủ, ghi lại mọi hoạt động của người dùng.

3. Random IOPS (IOPS Ngẫu nhiên)

Đây là số thao tác đọc hoặc ghi dữ liệu ở các vị trí không liên tục, ngẫu nhiên trên ổ cứng. Đây là loại IOPS quan trọng nhất và thường được dùng để đánh giá hiệu suất thực tế của thiết bị lưu trữ.

Hầu hết các ứng dụng phổ biến, từ hệ điều hành cho đến database, đều thực hiện các thao tác I/O ngẫu nhiên. Random IOPS phản ánh khả năng của thiết bị trong việc đáp ứng nhiều yêu cầu cùng một lúc.

4. Sequential IOPS (IOPS Tuần tự)

Là số thao tác đọc hoặc ghi dữ liệu theo một trình tự liên tục. Chỉ số này quan trọng cho các tác vụ xử lý file lớn, đơn luồng như sao lưu dữ liệu, render video hay truyền tải file dung lượng lớn. Đây thường là loại IOPS có tốc độ cao nhất vì thiết bị không phải tốn thời gian tìm kiếm dữ liệu.

Tầm quan trọng của chỉ số IOPS trong hiệu năng lưu trữ

Nếu bạn đang tìm kiếm một máy chủ hiệu suất cao cho doanh nghiệp, chỉ số IOPS là một yếu tố không thể bỏ qua. Một thiết bị lưu trữ có IOPS cao sẽ đảm bảo tốc độ phản hồi nhanh, giảm thiểu độ trễ và giúp hệ thống hoạt động mượt mà ngay cả khi phải xử lý hàng nghìn yêu cầu I/O mỗi giây.

Ví dụ thực tế:

1. Hệ thống Cơ sở dữ liệu (Database)

Các hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) như MySQL, PostgreSQL hay Microsoft SQL Server liên tục thực hiện các thao tác đọc và ghi dữ liệu nhỏ, ngẫu nhiên từ hàng triệu bản ghi.

Một ổ cứng có Random IOPS thấp sẽ tạo ra tình trạng “thắt cổ chai” (bottleneck), khiến các truy vấn database bị chậm lại, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tốc độ của ứng dụng.

2. Ứng dụng Xử lý Giao dịch (OLTP) và Big Data

Các hệ thống ngân hàng, sàn thương mại điện tử hoặc các trang web có lượng giao dịch lớn cần xử lý hàng trăm, thậm chí hàng nghìn giao dịch mỗi giây. Mỗi giao dịch này đều là một thao tác I/O. Do đó, chỉ số IOPS cao là điều kiện tiên quyết để đảm bảo tốc độ và sự ổn định của hệ thống.

Tương tự, trong các hệ thống Big Data, việc truy vấn và xử lý hàng petabyte dữ liệu cũng đòi hỏi một lượng IOPS khổng lồ.

3. Môi trường Ảo hóa

Khi chạy nhiều máy chủ ảo (VM) trên một máy chủ vật lý, tất cả các VM đều chia sẻ cùng một thiết bị lưu trữ. Mỗi VM sẽ có hàng trăm đến hàng nghìn yêu cầu I/O độc lập. Một ổ cứng có chỉ số IOPS thấp sẽ không đủ khả năng đáp ứng đồng thời, dẫn đến hiệu suất của tất cả các VM đều bị suy giảm.

4. Gaming, Video Editing và Web Server

Đối với các game thủ hoặc nhà làm phim, IOPS cũng rất quan trọng. Khi chơi game, đặc biệt là các game thế giới mở, hệ thống liên tục phải tải dữ liệu bản đồ, mô hình nhân vật từ ổ cứng. Với các phần mềm chỉnh sửa video, việc đọc các đoạn phim từ nhiều nguồn khác nhau cũng đòi hỏi chỉ số IOPS cao.

Một ổ cứng có chỉ số IOPS thấp sẽ gây ra tình trạng giật lag, load lâu. Các máy chủ web cũng cần IOPS cao để xử lý hàng loạt yêu cầu truy cập từ nhiều người dùng đồng thời.

IOPS khác gì so với Throughput và Latency?

Một trong những sai lầm phổ biến nhất là nhầm lẫn IOPS với tốc độ truyền dữ liệu (Throughput) hay độ trễ (Latency). Cả ba chỉ số này đều đo hiệu suất lưu trữ, nhưng theo các khía cạnh khác nhau.

IOPS (Input/Output Operations Per Second)

Như đã giải thích, IOPS đo số lượng yêu cầu đọc/ghi mỗi giây. Chỉ số này đặc trưng cho hiệu suất của các tác vụ nhỏ, ngẫu nhiên. Nó giống như số lần bạn có thể lấy hoặc cất một món đồ vào kho trong một giây.

Tốc độ đọc/ghi (Throughput)

Throughput đo lượng dữ liệu được truyền tải qua một thiết bị lưu trữ trong một giây. Đơn vị thường là Megabyte trên giây (MB/s). Throughput quan trọng với các tác vụ xử lý file lớn, tuần tự như sao lưu dữ liệu hay render video. Nó giống như tổng khối lượng hàng bạn có thể vận chuyển ra khỏi kho trong một giây.

Độ trễ (Latency)

Latency là khoảng thời gian từ lúc một yêu cầu được gửi đến thiết bị lưu trữ cho đến khi nó được thực thi. Đơn vị thường là miligiây (ms). Độ trễ càng thấp, tốc độ phản hồi của hệ thống càng nhanh. Latency có mối quan hệ trực tiếp với IOPS: độ trễ càng thấp thì số thao tác trong một giây (IOPS) càng cao, bởi vì thiết bị có thể hoàn thành mỗi yêu cầu nhanh hơn.

IOPS không phải là tốc độ truyền dữ liệu

Đây là một điểm cần làm rõ: IOPS không phải là tốc độ truyền dữ liệu. Một thiết bị có IOPS cao chưa chắc đã có Throughput cao, và ngược lại. Điều này phụ thuộc vào kích thước của các khối dữ liệu (Block Size) được xử lý.

Ví dụ minh họa:

• Trường hợp 1: Một ổ cứng thực hiện 100.000 thao tác I/O nhỏ (mỗi thao tác 4 KB).
  • IOPS = 100.000
  • Throughput = 100.000 x 4 KB = 400.000 KB/s = 390.625 MB/s.
• Trường hợp 2: Một ổ cứng thực hiện 100 thao tác I/O lớn (mỗi thao tác 1 MB).
  • IOPS = 100
  • Throughput = 100 x 1 MB = 100 MB/s.

Bạn có thể thấy, dù có IOPS thấp hơn rất nhiều, trường hợp thứ hai vẫn có Throughput đáng kể. Ngược lại, dù có IOPS rất cao, trường hợp đầu tiên lại có Throughput thấp hơn.

Bảng dưới đây tổng hợp các thông tin quan trọng về cách đo lường, ý nghĩa, ví dụ ứng dụng, đơn vị đo và tầm quan trọng của từng chỉ số:

Chỉ số	Đo lường	Ý nghĩa	Ví dụ ứng dụng	Đơn vị	Quan trọng với
IOPS	Lệnh đọc/ghi/giây	Khả năng xử lý nhiều request đồng thời	DBMS, OLTP, Cloud Server	Số thao tác/s	Các tác vụ ngẫu nhiên, nhỏ lẻ (database, ảo hóa)
Throughput	MB/s	Dung lượng dữ liệu truyền tải trong 1 giây	Streaming, Backup	MB/s, GB/s	Các tác vụ tuần tự, file lớn (render video, sao lưu)
Latency	ms	Thời gian phản hồi trung bình	Web server, ứng dụng giao dịch	ms (mili giây)	Toàn bộ hệ thống, đặc biệt các ứng dụng cần phản hồi nhanh

Tốc độ truyền của IOPS

OPS đo số thao tác đọc/ghi mỗi giây, còn Throughput đo dung lượng đọc/ghi mỗi giây. Có một công thức đơn giản giúp bạn chuyển đổi giữa hai chỉ số này, từ đó hiểu rõ hơn về hiệu suất thực tế của hệ thống.

Công thức tính tốc độ truyền dữ liệu (Throughput) từ IOPS là:

MB/s=(IOPS×BlockSize)/1024

Trong đó:

• IOPS: Số thao tác I/O mỗi giây.
• Block Size: Kích thước của mỗi thao tác I/O, thường tính bằng Kilobyte (KB).
• 1024: Hệ số chuyển đổi từ KB/s sang MB/s.

Ví dụ:

Nếu một ổ cứng có Random IOPS là 100.000 và kích thước khối (Block Size) là 4 KB (kích thước khối phổ biến cho các tác vụ ngẫu nhiên), tốc độ truyền dữ liệu sẽ là:

MB/s=(100.000×4)/1024=390,625MB/s

Điều này cho thấy, ngay cả khi IOPS rất cao, tốc độ truyền dữ liệu thực tế vẫn phụ thuộc vào kích thước của từng thao tác. Tương tự, nếu bạn biết tốc độ truyền dữ liệu và Block Size, bạn cũng có thể tính ngược lại chỉ số IOPS cần thiết.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ số IOPS

Latency và Queue Depth

Hai chỉ số này có mối quan hệ trực tiếp. Độ trễ (Latency) là thời gian phản hồi của thiết bị, càng thấp thì càng tốt. Độ sâu hàng đợi (Queue Depth) là số lượng yêu cầu I/O đang chờ được xử lý. Khi độ trễ thấp và độ sâu hàng đợi cao, thiết bị có thể xử lý nhiều yêu cầu hơn trong cùng một giây, từ đó làm tăng chỉ số IOPS.

Block Size

Kích thước khối (Block Size) là lượng dữ liệu được đọc hoặc ghi trong một thao tác I/O. Kích thước khối càng nhỏ, số lượng thao tác I/O trên mỗi giây (IOPS) càng cao, nhưng tổng dung lượng truyền tải (Throughput) lại giảm. Ngược lại, kích thước khối lớn sẽ làm tăng Throughput nhưng giảm IOPS.

Loại thiết bị lưu trữ

Đây là yếu tố quyết định nhất. Ổ cứng HDD hoạt động dựa trên cơ chế cơ học với đĩa quay và đầu đọc, do đó chỉ số IOPS rất thấp (chỉ khoảng 100-200).

Ổ cứng SSD và NVMe sử dụng bộ nhớ flash, không có bộ phận chuyển động nên có khả năng truy cập dữ liệu gần như ngay lập tức, mang lại IOPS cao hơn hàng trăm, hàng nghìn lần.

Giao diện kết nối

Giao diện kết nối giữa ổ cứng và bo mạch chủ cũng ảnh hưởng lớn đến IOPS. Các giao diện cũ như SATA và SAS có tốc độ truyền tải giới hạn.

Giao diện NVMe, sử dụng khe cắm PCIe, cho phép truyền dữ liệu trực tiếp đến CPU, loại bỏ các nút thắt cổ chai, từ đó tận dụng tối đa tốc độ của ổ cứng SSD và nâng chỉ số IOPS lên mức cao nhất.

Cấu hình RAID

Việc sử dụng các mảng RAID (Redundant Array of Independent Disks) có thể tăng hoặc giảm chỉ số IOPS tùy theo loại RAID. Ví dụ, RAID 0 giúp tăng IOPS bằng cách phân tán dữ liệu trên nhiều ổ, trong khi RAID 5 có thể giảm IOPS do cần thực hiện các thao tác tính toán kiểm tra dữ liệu.

So sánh IOPS giữa các loại ổ cứng HDD, SSD, NVMe

Sự khác biệt về IOPS giữa các loại ổ cứng là rất lớn, do cơ chế hoạt động khác nhau. Việc hiểu rõ điểm khác biệt này sẽ giúp bạn đưa ra quyết định đúng đắn khi lựa chọn thiết bị lưu trữ.

Bảng số liệu tham khảo

Dưới đây là bảng số liệu tham khảo về Random IOPS của các loại ổ cứng phổ biến trên thị trường:

Loại ổ cứng	Cơ chế hoạt động	Random IOPS (tham khảo)
Ổ cứng HDD (Hard Disk Drive)	Đĩa quay, đầu đọc vật lý	100 – 200
Ổ cứng SSD (Solid State Drive)	Chip nhớ flash, giao thức SATA	10.000 – 100.000
Ổ cứng NVMe (Non-Volatile Memory Express)	Chip nhớ flash, giao thức NVMe	> 500.000

Tại sao SSD có chỉ số IOPS vượt trội hơn HDD?

Lý do chính là sự khác biệt về công nghệ.

• Ổ cứng HDD sử dụng cơ chế cơ học, với đĩa quay và đầu đọc/ghi vật lý. Mỗi khi bạn cần truy cập một dữ liệu ngẫu nhiên, đầu đọc phải di chuyển đến đúng vị trí trên đĩa.

Quá trình này tốn một khoảng thời gian đáng kể, được gọi là thời gian tìm kiếm (seek time) và độ trễ quay (rotational latency). Các thao tác này làm giảm đáng kể số lượng thao tác I/O mà ổ cứng có thể thực hiện trong một giây, khiến IOPS của HDD rất thấp.

• Ổ cứng SSD, ngược lại, dùng chip nhớ flash và không có bộ phận chuyển động nào. Việc truy cập dữ liệu được thực hiện hoàn toàn bằng điện tử.

Điều này cho phép SSD truy cập bất kỳ dữ liệu nào ở bất kỳ vị trí nào gần như ngay lập tức. Nhờ đó, SSD có thể thực hiện hàng nghìn, hàng triệu thao tác đọc/ghi ngẫu nhiên trong một giây, làm cho IOPS cao hơn HDD hàng trăm, thậm chí hàng nghìn lần.

Phương pháp đo chỉ số IOPS phù hợp

Để có kết quả đo chính xác nhất về chỉ số IOPS, bạn nên sử dụng các công cụ benchmark chuyên nghiệp như:

• fio (trên Linux)
• IOMeter (trên Windows)
• TPC-C, TPC-E (tiêu chuẩn benchmark cho các hệ thống giao dịch).

Các công cụ này cho phép bạn mô phỏng các workload thực tế, giúp kết quả đo phản ánh đúng hiệu suất mà hệ thống có thể đạt được.

Công thức tính chỉ số IOPS

Về mặt lý thuyết, chỉ số IOPS của một thiết bị cơ học (như HDD) có thể được tính bằng công thức:

IOPS = 1 / (Average Seek Time + Average Latency)

Trong đó:

• Average Seek Time: Thời gian trung bình để đầu đọc di chuyển đến đúng vị trí của dữ liệu.
• Average Latency: Thời gian trung bình để đĩa quay đến đúng vị trí của dữ liệu.

Tuy nhiên, đối với các hệ thống lưu trữ hiện đại sử dụng mảng RAID, công thức tính chỉ số IOPS sẽ phức tạp hơn và phụ thuộc vào “phí tổn” (penalty) của mỗi thao tác ghi.

• RAID 0 (Striping): Cấu hình này không có phí tổn ghi. Mỗi thao tác ghi được phân tán trên nhiều ổ cứng, giúp tăng chỉ số IOPS một cách tuyến tính.
• RAID 1 (Mirroring): Mỗi thao tác ghi được ghi đồng thời vào hai ổ cứng. Điều này tạo ra phí tổn ghi, làm giảm IOPS ghi.
• RAID 5 (Striping with Parity): Để ghi một khối dữ liệu, hệ thống cần thực hiện 4 thao tác I/O nội bộ: đọc dữ liệu cũ, đọc chẵn lẻ cũ, tính toán chẵn lẻ mới, và ghi dữ liệu mới cùng chẵn lẻ mới. Điều này làm chỉ số  IOPS ghi giảm đáng kể.
• RAID 10 (Striping of Mirrors): Cấu hình này kết hợp RAID 0 và RAID 1. Vì mỗi thao tác ghi cần ghi vào cả hai ổ cứng trong mỗi cặp mirror, nó có phí tổn ghi tương tự như RAID 1, nhưng khả năng đọc ngẫu nhiên lại rất cao, giúp chỉ số IOPS đọc được cải thiện đáng kể.

Bao nhiêu IOPS là đủ cho nhu cầu sử dụng?

Đây là câu hỏi quan trọng nhất khi bạn xây dựng một hệ thống lưu trữ. Không có một con số cố định nào cho tất cả các trường hợp. Số lượng IOPS cần thiết phụ thuộc vào workload của bạn.

Để tính toán, bạn cần xác định các yếu tố sau:

1. Phân tích Workload

Hãy xem xét hệ thống của bạn sẽ làm gì:

• Tỷ lệ đọc/ghi (Read/Write Ratio): Hệ thống của bạn chủ yếu là đọc (ví dụ: website tin tức, video streaming) hay ghi (ví dụ: database giao dịch, hệ thống log)? Nếu tỷ lệ đọc/ghi là 70/30, bạn cần ưu tiên IOPS đọc hơn.
• Kích thước khối (Block Size): Các ứng dụng của bạn chủ yếu xử lý các thao tác I/O nhỏ, ngẫu nhiên (ví dụ: 4KB cho database) hay các file lớn, tuần tự (ví dụ: 1MB cho sao lưu dữ liệu)?

2. Tính toán số lượng IOPS cần thiết

Sau khi phân tích workload, bạn có thể ước tính số lượng IOPS cần thiết.

• Ví dụ 1: Một server database nhỏ xử lý 500 yêu cầu mỗi giây, với mỗi yêu cầu là một thao tác I/O. Bạn cần tối thiểu 500 IOPS và có thể cần thêm để dự phòng.
• Ví dụ 2: Một hệ thống web thương mại điện tử phục vụ 10.000 người dùng đồng thời, với mỗi người dùng tạo ra trung bình 2 thao tác I/O mỗi giây. Hệ thống của bạn cần tối thiểu 20.000 IOPS.

3. Tính toán số lượng ổ cứng cần thiết

Khi đã có con số IOPS mục tiêu, bạn có thể tính toán số lượng ổ cứng cần để đạt được nó. Công thức tính toán này phải có tính đến “phí tổn” (penalty) của cấu hình RAID.

• Công thức cơ bản:
  • Số ổ cứng = IOPS mục tiêu / IOPS của 1 ổ cứng.
• Với RAID Penalty:
  • RAID 10: Số ổ cứng = 2 * (IOPS ghi mục tiêu / IOPS ghi của 1 ổ cứng)
  • RAID 5: Số ổ cứng = (IOPS ghi mục tiêu * 4 / IOPS ghi của 1 ổ cứng)

Ví dụ cụ thể:

Bạn cần một hệ thống có IOPS ghi là 1.000, sử dụng ổ cứng SSD có IOPS ghi là 10.000 mỗi ổ.

• Nếu dùng RAID 10: Số ổ cứng = 2 * (1.000 / 10.000) = 0.2. Bạn cần tối thiểu 2 ổ cứng SSD.
• Nếu dùng RAID 5: Số ổ cứng = (1.000 * 4 / 10.000) = 0.4. Bạn cần tối thiểu 3 ổ cứng SSD (số lượng tối thiểu cho RAID 5).

IOPS trong Cloud Storage, VPS và Cloud Server

Khi thuê các dịch vụ Cloud như Cloud Server hay VPS, bạn sẽ thấy IOPS là một trong những thông số được nhà cung cấp giới thiệu. Không giống như các máy chủ vật lý, các dịch vụ Cloud thường có mức chỉ số IOPS được giới hạn hoặc phân bổ cụ thể cho mỗi gói dịch vụ.

Giới hạn IOPS từ nhà cung cấp

Các nhà cung cấp Cloud lớn như Amazon Web Services (AWS) với gói “Provisioned IOPS” hay Microsoft Azure với các loại Premium SSD đều cho phép khách hàng chọn hoặc giới hạn chỉ số IOPS cho dịch vụ của mình.

Điều này giúp họ kiểm soát hiệu suất và đảm bảo tài nguyên cho tất cả người dùng trên cùng một nền tảng. Khi nhu cầu sử dụng của bạn vượt quá giới hạn này, hệ thống sẽ gặp phải tình trạng I/O bị “bóp băng thông”, dẫn đến giảm hiệu suất đáng kể.

Vai trò trực tiếp của IOPS với Cloud Server

• Xử lý giao dịch nhanh hơn: Các ứng dụng như website thương mại điện tử, hệ thống quản lý khách hàng (CRM) hay ERP sẽ xử lý các giao dịch và truy vấn cơ sở dữ liệu nhanh hơn.
• Giảm độ trễ ứng dụng: Với chỉ số IOPS cao, thời gian phản hồi của hệ thống sẽ thấp, giúp các ứng dụng phản hồi gần như ngay lập tức, mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người dùng cuối.
• Tăng hiệu suất tổng thể: Chỉ số IOPS cao giúp hệ thống I/O không bị quá tải, hạn chế tình trạng CPU phải chờ đợi I/O hoàn thành (gọi là IOWait). Khi IOWait cao, dù CPU và RAM của bạn rất mạnh, server vẫn sẽ chạy chậm vì nó phải chờ dữ liệu từ ổ cứng. IOPS cao giúp loại bỏ nút thắt cổ chai này.

Lợi ích khi chọn Cloud Server với chỉ số IOPS cao

• Đảm bảo hiệu suất: Hệ thống luôn hoạt động ổn định và hiệu quả, ngay cả khi lượng truy cập hoặc dữ liệu tăng đột biến.
• Cải thiện trải nghiệm người dùng: Tốc độ phản hồi nhanh giúp người dùng hài lòng hơn, tăng tỷ lệ chuyển đổi và giữ chân khách hàng.
• Khả năng mở rộng: Khi nhu cầu tăng cao, bạn có thể dễ dàng nâng cấp gói dịch vụ để có chỉ số IOPS cao hơn, đáp ứng được lượng truy cập và xử lý dữ liệu lớn hơn mà không cần thay đổi cấu hình phần cứng.

Cách đo lường và kiểm tra chỉ số IOPS

Trên Windows

Để đo lường và kiểm tra chỉ số IOPS trên Windows, bạn có thể sử dụng các công cụ dòng lệnh như DiskSpd của Microsoft, các phần mềm giao diện đồ họa như CrystalDiskMark và ATTO Disk Benchmark, hoặc các công cụ mạnh mẽ hơn như IOmeter và Fio.

Việc lựa chọn công cụ phụ thuộc vào nhu cầu và độ phức tạp của bài kiểm tra, từ đó giúp bạn đánh giá hiệu suất đọc/ghi của ổ đĩa lưu trữ.

Các công cụ phổ biến để đo lường IOPS trên Windows:

1. DiskSpd

• Là: Một tiện ích dòng lệnh do Microsoft khuyến nghị để tạo tải trên hệ thống đĩa và đo lường hiệu suất lưu trữ.
• Cách dùng: Tải xuống, giải nén và chạy tệp diskspd.exe với các tham số cấu hình để đo lường IOPS.
• Ưu điểm: Cung cấp khả năng tùy chỉnh cao, cho phép đo lường các thao tác I/O với mục tiêu ổ đĩa được chỉ định trong nhiều luồng khác nhau.

2. CrystalDiskMark

• Là: Một công cụ miễn phí và dễ sử dụng với giao diện đồ họa, thích hợp cho người dùng muốn kiểm tra hiệu suất của SSD và HDD.
• Cách dùng: Tải xuống, giải nén, chạy phần mềm, chọn ổ đĩa cần kiểm tra, cấu hình bài kiểm tra (ví dụ: đọc/ghi ngẫu nhiên hoặc tuần tự) và nhấn nút “All” để bắt đầu.
• Ưu điểm: Hiển thị kết quả chi tiết về tốc độ đọc/ghi và IOPS.

3. IOmeter

• Là: Một công cụ đánh giá hiệu suất lưu trữ toàn diện, có khả năng mô phỏng nhiều luồng công việc và khối lượng công việc đa dạng dưới tải nặng.
• Ưu điểm: Cung cấp báo cáo chi tiết về IOPS, băng thông và độ trễ.

4. ATTO Disk Benchmark

• Là: Một công cụ khác cho phép đo tốc độ đọc và ghi với các kích thước khối dữ liệu khác nhau, từ đó tính toán IOPS.
• Ưu điểm: Giúp đánh giá hiệu suất lưu trữ với các kích thước dữ liệu khác nhau.

Lưu ý khi đo lường IOPS

• Tránh làm gián đoạn hệ thống: Các công cụ đo chỉ số IOPS sẽ gây tải lớn lên ổ đĩa và CPU, vì vậy không nên chạy chúng trên các hệ thống đang hoạt động hoặc vào giờ cao điểm để tránh ảnh hưởng đến người dùng.
• Cấu hình kiểm tra đa dạng: Để có kết quả chính xác, hãy đo lường trên các điều kiện khác nhau, bao gồm các loại kích thước khối dữ liệu khác nhau, loại và kích thước ổ đĩa, cũng như độ sâu hàng đợi I/O.

Trên Linux

Để đo lường và kiểm tra chỉ số IOPS trên Linux, bạn có thể sử dụng các công cụ dòng lệnh như Fio, iostat, và ioping để đo hiệu suất đọc/ghi, số lượng thao tác I/O mỗi giây và độ trễ của ổ đĩa.

Fio cung cấp khả năng tùy chỉnh cao cho các kịch bản thử nghiệm khác nhau, iostat giúp theo dõi I/O và CPU trên các thiết bị, còn ioping đo độ trễ của từng yêu cầu I/O.

Sử dụng Fio để kiểm tra hiệu suất chi tiết

1. Cài đặt Fio:Trên CentOS/Ubuntu, chạy lệnh yum install -y epel-release && yum install -y fio || ( apt-get update && apt-get install -y fio ) để cài đặt.
2. Chạy kiểm tra:Sử dụng Fio với các thông số như kích thước khối dữ liệu (ví dụ: 4KB) và loại tác vụ (đọc/ghi ngẫu nhiên) để mô phỏng tải công việc thực tế của ứng dụng.

   fio --name=randread --ioengine=libaio --iodepth=1 --rw=randread --bs=4k --direct=1 --size=1g --numjobs=1 --runtime=60 --group_reporting --filename=/dev/vda1
   

   • Thay /dev/vda1 bằng thiết bị lưu trữ bạn muốn kiểm tra.
   • Tham số size chỉ kích thước tệp thử nghiệm, runtime là thời gian chạy thử nghiệm.

Sử dụng iostat để theo dõi I/O tổng quan

1. Cài đặt iostat:Nếu chưa có, bạn có thể cài đặt gói sysstat chứa iostat bằng lệnh sudo apt-get install sysstat (Debian/Ubuntu) hoặc sudo yum install sysstat (CentOS/RHEL).
2. Chạy lệnh:Mở cửa sổ terminal và chạy lệnh iostat -dx /dev/sda 1 để theo dõi thiết bị /dev/sda mỗi giây.
   • Ký hiệu r/s và w/s trong đầu ra sẽ cho bạn biết chỉ số IOPS đọc và ghi tương ứng.

Sử dụng ioping để đo độ trễ

1. Cài đặt ioping:Cài đặt công cụ bằng yum install -y epel-release && yum install -y ioping || ( apt-get update && apt-get install -y ioping ).
2. Thực hiện kiểm tra:Chạy lệnh ioping -c 10 . để kiểm tra độ trễ của 10 yêu cầu độc lập.
   • ioping hoạt động như ping nhưng cho các hoạt động I/O ổ đĩa, đo độ trễ (latency) của từng request.

Lưu ý quan trọng

• Loại tác vụ: IOPS có thể khác nhau đáng kể giữa đọc ngẫu nhiên (random read), ghi ngẫu nhiên (random write), đọc tuần tự (sequential read), và ghi tuần tự (sequential write).
• Kích thước khối: Kích thước khối dữ liệu (block size) ảnh hưởng lớn đến chỉ số IOPS, đặc biệt là trong các ứng dụng cơ sở dữ liệu thường sử dụng khối nhỏ.
• Điều kiện đo lường: Để kết quả đo lường chính xác, hãy thực hiện kiểm tra trên các điều kiện tải khác nhau.

Nguyên nhân khiến phép đo chỉ số IOPS sai lệch

• Phần mềm và cấu hình thử nghiệm: Mỗi công cụ benchmark có thuật toán và thiết lập mặc định khác nhau. Ví dụ, một công cụ có thể đo chỉ số IOPS với kích thước khối (block size) 4 KB và độ sâu hàng đợi (queue depth) 32, trong khi một công cụ khác lại sử dụng các tham số khác. Điều này dẫn đến kết quả khác nhau.
• Điều kiện thử nghiệm: Kết quả chỉ số IOPS cũng phụ thuộc vào trạng thái của ổ cứng. Một ổ SSD mới hoặc gần như trống sẽ cho kết quả IOPS cao hơn một ổ đã được sử dụng và gần đầy. Các tiến trình chạy nền của hệ điều hành cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả đo.

Nguyên nhân chỉ số IOPS thấp trong thực tế

• Loại ổ cứng: Đây là nguyên nhân cơ bản nhất. Nếu bạn đang sử dụng ổ HDD, chỉ số IOPS thực tế sẽ luôn rất thấp so với SSD hoặc NVMe.
• RAID Penalty: Các cấu hình RAID như RAID 5 hay RAID 6, trong khi cung cấp tính năng bảo vệ dữ liệu, lại yêu cầu các thao tác I/O bổ sung để tính toán và ghi dữ liệu chẵn lẻ (parity). Điều này làm giảm đáng kể chỉ số IOPS ghi thực tế.
• Queue Depth thấp: Một ổ cứng có thể đạt chỉ số IOPS cao nhất khi có nhiều yêu cầu chờ xử lý đồng thời (Queue Depth cao). Tuy nhiên, nhiều ứng dụng chỉ gửi một hoặc vài yêu cầu I/O tại một thời điểm. Điều này khiến hiệu suất IOPS của ổ cứng bị giới hạn bởi chính ứng dụng đang sử dụng, và không thể đạt được con số lý thuyết.
• Giới hạn từ nhà cung cấp Cloud: Khi sử dụng các dịch vụ Cloud như Cloud Server hay VPS, nhà cung cấp thường giới hạn chỉ số IOPS cho mỗi gói lưu trữ. Nếu bạn đạt đến ngưỡng này, tốc độ truy xuất dữ liệu sẽ bị giảm, bất kể ổ cứng có khả năng cao hơn.
• Workload không đồng đều: Các bài test benchmark thường sử dụng workload cố định, ví dụ 100% đọc ngẫu nhiên. Trong thực tế, các ứng dụng có thể có workload phức tạp hơn, bao gồm cả đọc và ghi ngẫu nhiên, tuần tự với các kích thước khối khác nhau, dẫn đến chỉ số IOPS thực tế thấp hơn.

Cách tối ưu chỉ số IOPS để tăng hiệu năng

• Nâng cấp ổ cứng: Chuyển từ ổ cứng HDD truyền thống sang SSD hoặc NVMe là cách hiệu quả nhất để tăng chỉ số IOPS. Như đã phân tích, chỉ số IOPS của SSD và NVMe cao hơn HDD hàng trăm, thậm chí hàng nghìn lần, giúp loại bỏ hoàn toàn nút thắt cổ chai về I/O.
• Cấu hình RAID: Việc sử dụng các mảng RAID có thể cải thiện đáng kể chỉ số IOPS. Cấu hình RAID 0 hoặc RAID 10 sẽ tận dụng được IOPS từ nhiều ổ cứng, mang lại hiệu suất vượt trội cho các tác vụ đòi hỏi nhiều thao tác I/O ngẫu nhiên.
• Sử dụng Caching: Sử dụng bộ nhớ cache (RAM) hoặc một ổ cứng SSD tốc độ cao để lưu trữ các dữ liệu thường xuyên được truy cập. Khi các yêu cầu I/O đến, chúng sẽ được xử lý từ bộ nhớ cache thay vì từ ổ cứng chính, giúp giảm đáng kể số lượng yêu cầu I/O đến ổ cứng và tăng tốc độ phản hồi.
• Phân bổ Workload: Hãy tách các workload có đặc điểm I/O khác nhau ra các ổ cứng riêng. Ví dụ, bạn có thể đặt database trên một ổ SSD tốc độ cao và các file log trên một ổ cứng HDD. Việc này giúp mỗi ổ cứng chỉ tập trung vào một loại tác vụ, tránh tình trạng xung đột và giảm chỉ số IOPS tổng thể.
• Tối ưu Database: Tối ưu các truy vấn trong cơ sở dữ liệu và đánh chỉ mục (index) phù hợp để giảm thiểu các thao tác I/O không cần thiết. Một truy vấn được tối ưu tốt sẽ cần ít thao tác đọc/ghi hơn, từ đó giảm áp lực lên hệ thống I/O.

FAQ – Câu hỏi thường gặp về chỉ số IOPS

AWS IOPS là gì?

AWS (Amazon Web Services) cung cấp nhiều loại lưu trữ với IOPS khác nhau, ví dụ:

• Provisioned IOPS: Gói lưu trữ cho phép bạn chỉ định số lượng IOPS cụ thể, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao và ổn định.
• gp2/gp3: Các gói lưu trữ mục đích chung, chỉ số IOPS được tính toán theo dung lượng lưu trữ.

Random 4K là gì?

Random 4K là một tiêu chuẩn benchmark phổ biến. Nó đo lường hiệu suất IOPS khi đọc/ghi các khối dữ liệu nhỏ có kích thước 4 KB tại các vị trí ngẫu nhiên trên ổ cứng. Đây là tiêu chuẩn lý tưởng để đánh giá khả năng xử lý của ổ cứng cho các ứng dụng thực tế như hệ điều hành hay database.

Công thức đổi IOPS ↔ MB/s?

• MB/s = (IOPS × Block Size) / 1024
• IOPS = (MB/s × 1024) / Block Size

IOPS SSD và HDD khác nhau thế nào?

Chỉ số IOPS của SSD cao hơn HDD hàng trăm, thậm chí hàng nghìn lần do cơ chế hoạt động điện tử, không có các bộ phận cơ học.

Kết luận

Bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ IOPS là gì và vai trò then chốt của nó đối với hiệu suất của hệ thống lưu trữ.

Mặc dù chỉ là một chỉ số kỹ thuật, chỉ số IOPS có tác động trực tiếp đến trải nghiệm của người dùng cuối, đặc biệt trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng xử lý nhiều thao tác nhỏ, ngẫu nhiên như cơ sở dữ liệu hay môi trường ảo hóa.

Để có một hệ thống mạnh mẽ, ổn định, bạn cần xem xét IOPS song song với Throughput (tốc độ truyền dữ liệu) và Latency (độ trễ). Hãy xác định nhu cầu của mình và lựa chọn ổ cứng hoặc gói dịch vụ máy chủ phù hợp.

Việc đầu tư vào một hệ thống có chỉ số IOPS cao ngay từ đầu là một quyết định thông minh, giúp bạn tránh được các vấn đề về hiệu suất và đảm bảo sự phát triển lâu dài của ứng dụng.