Google Cloud Hyperdisk 性能概览

本文档介绍了 Google Cloud Hyperdisk 性能的运作方式，以便您了解 Hyperdisk 卷的性能，并为您的工作负载选择合适的 Hyperdisk 类型。

Hyperdisk 是 Google Cloud推荐的耐用型块存储选项。如需详细了解 Hyperdisk，请参阅 Hyperdisk 简介。

如需了解详细的性能限制，请参阅 Hyperdisk 性能限制。

如需查看 Hyperdisk 卷的当前或过去的性能，请参阅查看磁盘性能指标。

术语和单位

本文档中所述的 Hyperdisk 性能是指 IOPS 和吞吐量。

  • IOPS 表示每秒输入/输出操作数。这是卷在一秒内执行或可执行的各项读写操作数。
  • 吞吐量是指每秒从卷读取或写入卷的字节数。吞吐量以 MiB/s 为单位计量。

大小计量以 GiB 或 TiB 为单位。

机器类型术语

术语“计算实例”是指虚拟机 (VM) 实例或裸金属实例。计算实例的机器类型是其属性（例如机器系列和 vCPU 数量）的特定组合。

在本文档中，机器类型采用以下格式表示：M-*-N，其中：

  • M 是机器系列，例如 C3
  • * 表示所有内存和 CPU 配置，例如 standard 或 highcpu
  • N 是 vCPU、CPU 或 GPU 标识的数量，例如，对于具有 22 个 vCPU 的实例，该值为 22；对于具有 8 个 GPU 的实例，该值为 8g
此格式包含以下机器类型（如果可用）：
  • 裸金属机器类型 (*-metal)
  • 随附挂接了本地 SSD 磁盘的机器类型（*-lssd、*-standardlssd 或 *-highlssd）。

例如，c3-*-176 是指具有 176 个 vCPU 的所有 C3 机器类型，即 c3-standard-176、c3-highcpu-176、c3-highmem-176 和 c3-standard-176-lssd。如需了解详情，请参阅 Compute Engine 术语。

Hyperdisk 性能摘要

将 Hyperdisk 卷挂接到实例时，可实现的性能上限取决于具体场景，如下表所述。

Hyperdisk
卷数量		 性能上限
1 卷性能取以下两者中较小者：
  • 卷的预配性能
  • 机器类型针对 Hyperdisk 类型的性能限制。
2 种或更多相同 Hyperdisk 类型 所有卷的总性能取以下两者中较小者：
  • 每个卷预配的性能总和
  • 机器类型针对 Hyperdisk 类型的性能限制
2 种或更多 Hyperdisk 类型 所有卷的总性能取以下两者中较小者：
  • 每个卷预配的性能总和
  • 实例机器类型的性能限制

如需了解按 Hyperdisk 类型的限制，请参阅按 Hyperdisk 类型的性能限制。

如需了解按机器类型的限制，请参阅按机器类型的性能限制。

关于 Hyperdisk 的预配性能

您可以为 Hyperdisk 卷指定目标性能水平。您指定或预配的 IOPS 或吞吐量值称为预配性能。

您可以在创建卷时预配卷的性能。您还可以在使用卷时提高或降低性能，而无需增加卷的大小。

预配性能并非保证的性能水平。而是您希望在高峰使用时段内卷需要达到的目标性能水平。实际性能取决于使用该卷的实例的限制以及其他一些因素。

默认性能水平

为 Hyperdisk 卷预配性能水平是可选的。如果您未指定值（例如，由于您不确定工作负载需要多少 IOPS 或吞吐量），Compute Engine 会使用默认值创建卷。您稍后可以增加或减少该值。默认值因 Hyperdisk 类型而异，并在 Hyperdisk Balanced、Hyperdisk Balanced High Availability、Hyperdisk Extreme、Hyperdisk Throughput 或 Hyperdisk ML 的默认 IOPS 和吞吐量值部分中列出。

预配性能的限制

您可以预配的性能上限取决于 Hyperdisk 类型和卷大小。

Hyperdisk 类型的限制

每种 Hyperdisk 类型都具有性能水平上限，您可以进行预配。某些 Hyperdisk 类型可让您预配 IOPS 或吞吐量，或同时预配两者。如果您无法预配吞吐量，则卷的吞吐量取决于预配的 IOPS。同样，如果您无法预配 IOPS，则卷的 IOPS 取决于您预配的吞吐量。

例如，您可以为 Hyperdisk ML 卷预配吞吐量，但不能预配 IOPS。Hyperdisk ML 的 IOPS 与吞吐量比率为每 MiB/s 的预配吞吐量 16 IOPS。因此，如果您创建的 Hyperdisk ML 卷的吞吐量为 100,000 MiB/s，则该卷的 IOPS 会预配 1,600,000 IOPS。

基于大小的限制

您可以预配的性能上限会随着卷的大小而变化。例如，对于 10 TiB 的 Hyperdisk Balanced 卷，您可以预配 3,000 到 160,000 IOPS，但对于 50 GiB 的卷，您可以预配 3,000 到 25,000 IOPS。

如需详细了解每种 Hyperdisk 类型的基于大小的限制，请参阅Hyperdisk Balanced、Hyperdisk Balanced High Availability、Hyperdisk Extreme、Hyperdisk Throughput 和 Hyperdisk ML 页面上的大小和性能限制部分。

下表列出了您可以为每种 Hyperdisk 类型预配的性能上限。

Hyperdisk 类型 每个卷的可预配性能上限 可自定义吞吐量 可自定义 IOPS
Hyperdisk Balanced 160,000 IOPS
2,400 MiB/s 		是 是
Hyperdisk Balanced High Availability 100,000 IOPS
1,200 MiB/s		 是 是
Hyperdisk Extreme 350,000 IOPS 否；每 1,000 IOPS 250 MiB/s，最高 5,000 MiB/s 是
Hyperdisk ML 1,200,000 MiB/s 是 否；每 MiB/s 吞吐量 16 IOPS，最高 19,200,000 IOPS
Hyperdisk Throughput 2,400 MiB/s 是 否；每 MiB/s 吞吐量 4 IOPS，最高 9,600 IOPS。

稳定状态性能

对于对性能波动敏感的工作负载，请考虑使用可提供稳定状态性能的机器系列。稳定状态性能限制是指实例在所有已挂接卷上可以维持的性能水平。相比之下，性能水平上限是指实例可以达到的最高性能水平。

稳定状态性能限制不构成服务等级协议 (SLA)。

为了让 Hyperdisk 卷达到特定的稳定状态性能限制，其预配性能必须等于或大于稳定状态限制。

稳定状态性能限制在挂接到实例的所有磁盘之间共享。

提供稳定状态性能的机器系列

以下机器系列可提供稳定状态性能：

配置工作负载以达到预配性能

Hyperdisk 卷的实际性能（即挂接到实例时观察到的性能）不能超过以下限制：

  • 卷的预配性能
  • 实例特有的性能限制，包括 Hyperdisk 类型的特定限制
  • 对于 Hyperdisk Balanced 卷和 Hyperdisk Balanced High Availability卷，基准性能的并发消耗限制

因此，为确保卷可以达到其预配性能，请考虑以下因素：

虽然 I/O 大小和应用设计等因素并非性能限制，但也会影响性能。如需详细了解这些因素，请参阅影响性能的工作负载特有因素。

实例性能限制如何影响 Hyperdisk 性能

每个计算实例都具有以下性能限制，具体取决于其机器类型：

  • Hyperdisk 类型的性能限制
  • 实例的总体性能限制

每项限制都适用于特定情况。

每种 Hyperdisk 类型的实例性能限制

每个实例对您挂接到实例的所有指定类型的 Hyperdisk 卷都有性能限制。

此限制适用的情况：当您将一个或多个同一类型的 Hyperdisk 卷挂接到实例时。为了让每个卷达到其预配性能，实例性能限制必须大于所有卷的预配性能总和。否则，卷的性能不得超过实例的性能限制。

示例

假设您有一个 Hyperdisk Throughput 卷 hdt-disk-1，其预配吞吐量为 600 MiB/s，并且您想将该卷挂接到 c3-*-4 实例。

c3-*-4 实例具有以下吞吐量限制：

Hyperdisk 类型 最大吞吐量 (MiB/s)
Hyperdisk Balanced 400
Hyperdisk Extreme 不支持
Hyperdisk Throughput 240
Hyperdisk Balanced High Availability 400
Hyperdisk ML 400

如果您将 hdt-disk-1 挂接到虚拟机，该卷的实际性能不得超过 240 MiB/秒。如果您改为挂接 Hyperdisk Balanced 卷，则 Hyperdisk Balanced 卷的性能不得超过 400 MiB/秒。

如果您将 2 个 Hyperdisk Balanced 卷挂接到虚拟机，则这两个 Hyperdisk Balanced 卷的总性能仍不能超过 400 MiB/秒。 无论这两个卷的预配性能如何都是如此。

按 Hyperdisk 类型的性能限制中列出了每个 Hyperdisk 按机器类型的性能限制。

实例的总体性能限制

每个实例都有一个可达到的总体性能限制。此限制在挂接到实例的所有卷之间共享。

此限制适用的情况：当您将多种类型的 Hyperdisk 挂接到实例时。无论每个卷的预配性能如何，所有卷的实际性能总和都不能超过实例的性能限制。

如果实例支持 Persistent Disk，则所有挂接的 Persistent Disk 卷也共享相同的限制。

示例

假设您有一个 c3-*-22 实例，其最大吞吐量为 1,800 MiB/s。

您需要将以下资源附加到虚拟机：

  • 2 个 Hyperdisk Balanced 卷，每个卷的预配吞吐量为 900 MiB/s。
  • 1 个 Hyperdisk Throughput 卷，预配吞吐量为 500 MiB/s

所有卷的总性能不得超过 1,800 MiB/s。

如需查看限制列表，请参阅按机器类型的性能限制。

基准性能的并发消耗限制

Compute Engine 会限制同一可用区或同一存储池中的项目 Hyperdisk Balanced High Availability卷和 Hyperdisk Balanced 卷可同时消耗的免费性能。此限制称为基准性能的并发用量限制。

此限制适用的情况：此限制适用于在同一可用区中拥有超过 150 个 Hyperdisk Balanced 和 Hyperdisk Balanced High Availability卷的项目。如果 Hyperdisk Balanced 存储池未使用高级性能预配，此限制也适用于该存储池中的卷。

Hyperdisk Balanced 卷和 Hyperdisk Balanced High Availability卷的预配性能由付费性能和免费性能组成。您预配的前 3,000 IOPS 和 140 MiB/s 吞吐量是免费的，称为基准性能。超出 3,000 IOPS 或 140 MiB/s 的预配性能被视为可结算性能。例如，如果卷预配了 4,000 IOPS，则可计费 IOPS 为 1,000。

同一项目和同一可用区内的 Hyperdisk Balanced High Availability卷和 Hyperdisk Balanced 卷具有以下基准性能并发消耗限制：

  • 基准 IOPS 的并发消耗上限：50 万 IOPS
  • 基准吞吐量的并发消耗限制：50 GiB/s

基准性能的并发消耗限额如何运作

在项目中，您可以在同一可用区的所有卷中预配超过 50 万 IOPS 和 50 GiB/s 的吞吐量。不过，这些卷同时消耗的 IOPS 不得超过 50 万，吞吐量不得超过 50 GiB/s。

此外，总并发性能不得超过您预配的总基准性能。例如，如果您在同一可用区和项目内预配了总共 100,000 个基准 IOPS，则基准性能的并发消耗上限为 100,000 IOPS。

同一项目和可用区内的总消耗量限制

项目中的每个可用区都有一个并发消耗总量限制，即所有 Hyperdisk Balanced 和 Hyperdisk Balanced High Availability磁盘可同时使用的可结算性能和基准性能总和。

对于项目中的每个可用区，并发消耗总量限制是以下值的总和：

  • 相应可用区中所有 Hyperdisk Balanced 和 Hyperdisk Balanced High Availability卷的预配可结算性能
  • 可用区针对基准性能的并发消耗限制，即以下两者中较小的值：
    • 同一可用区中所有卷的预配基准 IOPS 或吞吐量之和
    • 50 万 IOPS 或 50 GiB/s 的吞吐量

提供足够的性能来满足并发消耗需求

为确保您为工作负载预配了足够的性能，请比较以下值：

  • 您预计卷同时消耗的总性能
  • 项目中位于同一可用区的 Hyperdisk Balanced 和 Hyperdisk Balanced High Availability卷的总并发消耗量上限

如果您预计卷消耗的总性能超过并发消耗总限制，则除非您预配更多可结算性能，否则 Compute Engine 将限制卷的性能。

请参考以下示例。

示例 1

您的项目在可用区 A 中有 10 个 Hyperdisk Balanced 卷，每个卷预配了 100,000 IOPS，总共预配了 1,000,000 IOPS。您预计卷将同时消耗 80 万 IOPS。

如需确定并发消耗总量限制，请将预配的可结算 IOPS 总数与项目的基准性能并发消耗限制相加。

  • 总预配的可结算 IOPS：97 万（[10 万 - 3,000] * 10 个磁盘）
  • 基准性能的并发消耗上限：30,000 IOPS，因为它是以下两者中较小的值：
    • 预配的基准 IOPS 总数：30,000 (3,000 * 10)
    • 500,000 IOPS

可用区 A 的总并发可消耗性能为 1,000,000 IOPS（30,000 + 970,000）。由于预配的基准 IOPS 总数小于 50 万 IOPS，因此卷的性能不会受到限制。

示例 2

您的项目在可用区 C 中有 500 个Hyperdisk Balanced High Availability 卷，每个卷预配了 3,500 IOPS，总共预配了 1,750,000 IOPS。您预计这些卷将同时消耗 1,000,000 IOPS。

如需确定并发消耗总限额，请将预配的可结算 IOPS 总数与项目的基准性能并发消耗限额相加。

  • 总预配可结算 IOPS 为 250,000 ((3,500 - 3,000) * 500 个磁盘)
  • 基准性能的并发消耗上限为 500,000 IOPS，因为它是以下两者中较小的值：
    • 预配的基准 IOPS 总数：1,500,000（3,000 * 500）
    • 500,000 IOPS

对于可用区 C，可同时消耗的总性能为 750,000 IOPS（250,000 + 500,000）。卷同时消耗基准 IOPS 的上限为 500,000 IOPS。

如需同时消耗 1,000,000 IOPS，请为卷预配更多可计费的性能。

影响性能的工作负载特有因素

本部分介绍了影响 Hyperdisk 卷可实现的吞吐量和 IOPS 限制的工作负载特有因素。如需详细了解如何提高性能，请参阅优化 Hyperdisk 性能。

为了达到 Hyperdisk 卷提供的 IOPS 和吞吐量级别上限，您必须考虑以下工作负载参数：

  • I/O 大小：您必须使用特定的块大小才能达到 IOPS 和吞吐量限制，如下所示：
    • IOPS 上限要求 I/O 大小为 4 KB。
    • 吞吐量上限要求 I/O 大小至少为 256 KB。
  • 队列长度：队列长度是卷的待处理请求数。为了达到性能上限，您必须根据工作负载的 I/O 大小、IOPS 和延迟时间敏感程度来调整队列长度。最佳队列长度因每个工作负载而异，但通常应大于 256。
  • 挂接的卷数量：为实现最佳性能，我们建议将 8 个或更少的卷挂接到单个实例。

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