Co to jest IOPS (Input/Output Operations Per Second)?

IOPS, czyli liczba operacji wejścia/wyjścia na sekundę, mierzy potencjał urządzenia magazynującego do obsługi odczytów i zapisów danych mierzonych w jednostkach na sekundę. Wartość IOPS informuje o szybkości reagowania systemu przy wielu jednoczesnych żądaniach dostępu do małych bloków danych, dlatego ma istotne zastosowanie w serwerach bazodanowych, wirtualizacji czy systemach transakcyjnych. Wysokie IOPS przełożą się na płynniejsze działanie aplikacji wymagających niskich opóźnień, natomiast niskie IOPS mogą generować wąskie gardła i opóźniać odpowiedzi systemu. Aby uzyskać pełny obraz wydajności urządzenia, warto analizować IOPS razem z metrykami przepustowości i opóźnienia. Podczas doboru dysku dla infrastruktury serwerowej należy uwzględnić profil obciążenia – udział operacji losowych i sekwencyjnych – oraz przewidzieć przyszły wzrost liczby operacji.

Definicja IOPS

IOPS (Input/Output Operations Per Second) określa liczbę operacji odczytu lub zapisu, jakie urządzenie magazynujące jest w stanie wykonać w ciągu jednej sekundy. Każda operacja zwykle dotyczy małego bloku danych o rozmiarze 4 KB lub zbliżonym. Producent podaje oddzielne wartości dla odczytów losowych, zapisów losowych, odczytów sekwencyjnych i zapisów sekwencyjnych. W praktyce liczbę operacji losowych używa się do oceny, jak nośnik poradzi sobie z wieloma równoległymi żądaniami, typowymi dla baz danych czy maszyn wirtualnych.

Znaczenie IOPS dla środowisk serwerowych

W aplikacjach generujących dużą liczbę niewielkich operacji wejścia/wyjścia, takich jak bazy transakcyjne, środowiska wirtualne czy systemy analityki czasu rzeczywistego, wysoki parametr IOPS wpływa na:

• szybsze realizowanie zapytań do bazy danych, dzięki czemu aplikacje klienckie otrzymują odpowiedzi w krótszym czasie,
• zminimalizowanie latencji przy wielowątkowej obsłudze plików - jest niezbędne w wirtualizacji i konteneryzacji,
• płynniejszą pracę systemów przetwarzających duże ilości logów oraz żądań HTTP w czasie rzeczywistym,
• lepszą skalowalność usług chmurowych, ponieważ hosty maszyn wirtualnych nie wpływają negatywnie na siebie nawzajem.

IOPS vs. przepustowość a opóźnienie

Aby w pełni ocenić wydajność urządzenia magazynującego, należy uwzględnić trzy uzupełniające się metryki:

• IOPS - liczba operacji wejścia/wyjścia na sekundę, wyrażana w operacjach/s; opisuje możliwości przetwarzania wielu małych żądań,
• Przepustowość (throughput) - wolumen danych (w MB/s lub GB/s) przesyłanych w czasie kolejnych operacji, istotna przy transferze dużych plików,
• Opóźnienie (latency) - czas odpowiedzi na pojedyncze żądanie, wyrażany w milisekundach; im niższe opóźnienie, tym szybsze wrażenie działania systemu.

Przykład: urządzenie oferujące 10 000 IOPS i 100 KiB/s przepustowości może wykonać 10 000 odczytów albo zapisów co sekundę, każdy na bloku 100 KiB - pozwala przesłać 100 KiB × 10 000 = 1 024 000 000 B/s. Jednocześnie wartość latencji określa, ile czasu mija od momentu zgłoszenia żądania do momentu rozpoczęcia transferu danych.

Charakterystyka wydajności IOPS

IOPS różni się w zależności od wzorca dostępu do danych i rodzaju operacji:

1. Total IOPS - łączna liczba operacji losowych i sekwencyjnych (odczyt + zapis) na sekundę,
2. Sekwencyjne odczyty IOPS - średnia liczba operacji odczytu bloków umieszczonych obok siebie,
3. Sekwencyjne zapisy IOPS - średnia liczba operacji zapisu bloków sekwencyjnie,
4. Losowe odczyty IOPS - średnia liczba operacji odczytu z losowych lokalizacji,
5. Losowe zapisy IOPS - średnia liczba operacji zapisu do losowych lokalizacji.

Sekwencyjne IOPS określają maksymalną trwałą przepustowość, bez względu na typ napędu. Losowe IOPS pokazują, jak urządzenie radzi sobie z wieloma małymi blokami danych rozproszonymi na całym nośniku.

IOPS w SSD vs. HDD

Dyski SSD charakteryzują się znacznie wyższymi wartościami IOPS niż tradycyjne dyski talerzowe:

• HDD - typowe IOPS od kilkuset do kilku tysięcy, zależne od prędkości obrotowej talerzy i długości przesunięcia głowicy,
• SSD - IOPS mierzone w dziesiątkach tysięcy do setek tysięcy, ponieważ brak ruchomych elementów eliminuje opóźnienia mechaniczne.

Przewaga SSD wynika z braku części mechanicznych, wykorzystania pamięci flash oraz zaawansowanych kontrolerów zarządzających kolejkami poleceń. SSD zużywają też mniej energii, są bardziej odporne na wstrząsy oraz oferują krótsze czasy dostępu.

Ograniczenia samego wskaźnika IOPS

IOPS stanowi tylko część obrazu wydajności, ponieważ:

• nie uwzględnia rozmiaru bloków (I/O size), queue depth, ani proporcji odczytów do zapisów,
• nie mówi nic o przepustowości ani o rzeczywistym czasie działania przy mieszanym obciążeniu,
• różne systemy mogą różnie realizować kolejki poleceń, więc porównywanie IOPS bez uwzględnienia środowiska testowego może prowadzić do mylnych wniosków.

Dlatego IOPS należy analizować wraz z innymi metrykami i testować urządzenie w warunkach zbliżonych do produkcyjnych.

Jaka wartość IOPS jest wystarczająca?

Nie istnieje uniwersalna "dobra" liczba IOPS. Idealne wartości zależą od konkretnego zastosowania:

• Komputer biurkowy z SSD - od kilkudziesięciu do kilkuset tysięcy IOPS przy odczytach losowych,
• Napęd HDD w laptopie czy desktopie - kilkaset do kilku tysięcy IOPS,
• Serwery bazodanowe i wirtualizacyjne - dziesiątki tysięcy do setek tysięcy losowych IOPS,
• Chmury i CDN - tysiące do setek tysięcy IOPS per node, przy równoległym wykorzystaniu wielu węzłów.

Dobierając nośnik, należy porównać docelowe obciążenie (zmierzone lub oczekiwane IOPS) z parametrami urządzenia i zapewnić co najmniej 20–30% zapasu.

Czynniki obniżające IOPS

Wartość IOPS może się obniżyć w wyniku:

• wolniejszego interfejsu (np. SATA vs NVMe, USB 2.0 vs USB 3.x),
• większych rozmiarów bloków - im większy blok danych, tym mniej operacji na sekundę,
• zużycia nośnika - wraz ze spadkiem efektywnej pracy kości flash maleje wydajność,
• wybranej warstwy RAID - poziomy RAID 5 i RAID 6 dodają narzut obliczeń parzystości, wpływający na opóźnienia; RAID 0 oferuje większe IOPS dzięki stripingowi, ale rezygnuje z redundancji,
• ograniczeń queue depth - mniejsza równoległość w sterownikach może blokować osiąganie wysokich IOPS.

Pomiar IOPS w praktyce

Typowy przebieg testu IOPS obejmuje:

1. Wybór narzędzia - np. fio, Iometer, vdbench lub CrystalDiskMark,
2. Ustalenie parametrów - rozmiar bloków, procent odczytów i zapisów, queue depth, liczba wątków,
3. Przeprowadzenie testu - w symulacji sekwencyjnej, losowej lub mieszanej,
4. Analiza wyników - porównanie z potrzebami systemu i wynajdowanie wąskich gardeł.

Monitorowanie IOPS z Sematext Infrastructure Monitoring

Sematext oferuje kompleksowe narzędzie do obserwacji IOPS w czasie rzeczywistym, integrując dane o:

• liczbie operacji odczytu i zapisu,
• opóźnieniach SMART i systemowych,
• przepustowości oraz statystykach użycia pamięci podręcznej.

Dzięki gotowym dashboardom i alertom progowym można szybko reagować na spadki wydajności, identyfikować przyczyny wąskich gardeł oraz planować skalowanie zasobów.

Opracowano na podstawie:

• webbloger.pl, Co to jest IOPS i o czym decyduje?, https://webbloger.pl/p/iops/, Data odczytu: 2025.05.10
• esus-it.pl, Co to jest IOPS i o czym decyduje? (parametry dysków SSD i HDD), https://www.esus-it.pl/Co-to-jest-IOPS-i-o-czym-decyduje-parametry-dyskow-SSD-i-HDD-blog-pol-1655193777.html, Data odczytu: 2025.05.10
• ckziumragowo.pl, Input/Output Operations Per Second, https://ckziumragowo.pl/technik-informatyk/utk/ssd/iops, Data publikacji: 2024.02.28, Data odczytu: 2025.05.10