块存储性能

概览

本页面讨论了许多因素，这些因素决定了挂接到虚拟机 (VM) 实例的块存储卷的性能。开始之前，请考虑以下事项：

  • 与物理磁盘或本地 SSD 相比，永久性磁盘是联网存储，延迟时间通常更长。为了达到永久性磁盘的性能上限，您必须并行发出足够的 I/O 请求。如需检查您是否使用了足够高的队列深度来达到所需的性能水平，请参阅 I/O 队列深度。

  • 确保您的应用会发出足够的 I/O，让磁盘达到饱和状态。

  • 对于主要涉及小批量（4 KB 到 16 KB）随机 I/O 的工作负载，其限制性能因素是随机每秒输入/输出操作次数 (IOPS)。

  • 对于主要涉及顺序随机 I/O 或大批量（256 KB 到 1 MB）随机 I/O 的工作负载，限制因素是吞吐量。

选择存储方案

您可以提供几种不同类型的块存储供实例使用。将永久性磁盘挂接到多个虚拟机不会影响总体性能或费用。按磁盘的性能限制会分摊到每个虚拟机。

配置可用区或区域永久性磁盘时，您可以选择以下某种磁盘类型：

  • 标准永久性磁盘 (pd-standard) 适用于主要使用顺序 I/O 的大型数据处理工作负载。
  • 平衡永久性磁盘 (pd-balanced) 是 SSD 永久性磁盘的替代方案，用于平衡性能和费用。由于平衡永久性磁盘与 SSD 永久性磁盘具有相同的最大 IOPS，并且每 GB 的 IOPS 更低，因此平衡永久性磁盘提供的性能水平适合大多数通用应用，价位介于标准永久性磁盘和 SSD 永久性磁盘之间。
  • SSD 永久性磁盘 (pd-ssd) 适用于满足企业应用和高性能数据库的需求，与标准永久性磁盘相比，SSD 永久性磁盘具有更短的延迟时间和更多的 IOPS。SSD 永久性磁盘的设计旨在确保将延迟时间控制在数毫秒以内；实际的延迟时间取决于具体的应用。
  • 极端永久性磁盘 (pd-extreme) 为随机访问工作负载和批量吞吐量提供始终如一的优越性能。它们专为高端数据库工作负载（例如 Oracle 或 SAP HANA）而设计。与其他磁盘类型不同，您可以预配所需的 IOPS。如需了解详情，请参阅极端永久性磁盘。

如果您在 Cloud Console 中创建磁盘，则默认磁盘类型为 pd-balanced。如果您使用 gcloud 工具或 Compute Engine API 创建磁盘，则默认磁盘类型为 pd-standard。

区域
标准
永久性磁盘		 地区
标准
永久性磁盘		 区域
平衡
永久性磁盘		 地区
平衡
永久性磁盘		 区域
SSD 永久性磁盘		 地区
SSD 永久性磁盘		 可用区
极端永久性磁盘		 本地 SSD (SCSI) 本地 SSD (NVMe)
最大持续 IOPS
读取 IOPS/GB 0.75 0.75 6 6 30 30 - - -
写入 IOPS/GB 1.5 1.5 6 6 30 30 - - -
读取 IOPS/实例 7500* 7500* 15000–80000* 15000–60000* 15000–100000* 15000–60000* 15000–120000* 900000 2400000
写入 IOPS/实例 15000* 15000* 15000–80000* 15000–30000* 15000–100000* 15000–30000* 15000–120000* 80 万 1200000
最大持续吞吐量 (MB/s)
读取吞吐量/GB 0.12 0.12 0.28 0.28 0.48 0.48 - - -
写入吞吐量/GB 0.12 0.12 0.28 0.28 0.48 0.48 - - -
读取吞吐量/实例 240–1200* 240–1200* 240–1200* 240–1200* 240–1200* 240–1200* 240–2200** 9360 9360
写入吞吐量/实例 76–400** 38–200** 240–1200* 120–600* 240–1200* 120–600* 240–2200** 4680 4680
* 永久性磁盘 IOPS 和吞吐量性能取决于磁盘大小、实例的 vCPU 数量和 I/O 块大小等诸多因素。
** 永久性磁盘可以在配备了更多 vCPU 的实例上实现更高的吞吐量性能。请参阅写入吞吐量的网络出站流量上限。
 以只读模式将磁盘挂接到多个虚拟机实例不会影响总体性能或费用。按磁盘的性能限制会分摊到每个虚拟机。

永久性磁盘 I/O 操作与虚拟机管理程序中的 vNIC 网络流量共用一个公共路径。因此，如果您的虚拟机具有大量网络流量，则实际读取带宽和 IOPS 一致性可能低于列出的最大值。某种程度上的性能限制变化是正常的，尤其是在接近 IOPS 上限（I/O 大小为 16 KB）操作时。 如需带宽预期摘要，请参阅带宽摘要表。

多写入者模式下的永久性磁盘的性能

在多写入者模式下创建的永久性磁盘具有特定的 IOPS 和吞吐量限制。

可用区级 SSD 永久性磁盘多写入者模式
最大持续 IOPS
读取 IOPS/GB 30
写入 IOPS/GB 30
读取 IOPS/实例 15000–100000*
写入 IOPS/实例 15000–100000*
最大持续吞吐量 (MB/s)
读取吞吐量/GB 0.48
写入吞吐量/GB 0.48
读取吞吐量/实例 240–1200*
写入吞吐量/实例 240–1200*
* 永久性磁盘 IOPS 和吞吐量性能取决于磁盘大小、实例的 vCPU 数量和 I/O 块大小等诸多因素。
将多写入者磁盘挂接到多个虚拟机实例不会影响总体性能或费用。按磁盘的性能限制会分摊到每个虚拟机。

如需了解如何在多个虚拟机之间共享永久性磁盘，请参阅在虚拟机之间共享永久性磁盘。

将永久性磁盘与物理硬盘进行比较

在您指定永久性磁盘的容量大小时，请考虑这些磁盘与传统物理硬盘之间的对比情况。下表将标准永久性磁盘和 SSD 永久性磁盘与 7200 RPM SATA 硬盘的典型性能进行了比较，后者通常可达到 75 IOPS 或 120 MB/秒。

I/O 类型 I/O 模式 要达到与 7200 RPM SATA 硬盘同等的性能所需的容量大小 (GB)
标准永久性磁盘 平衡永久性磁盘 SSD 永久性磁盘
小批量随机读取次数 75 次小批量随机读取 100 12 3
小批量随机写入 75 次小批量随机写入 50 12 3
流式大批量读取 120 MBps 流式读取 1000 428 250
流式大批量写入 120 MBps 流式写入 1000 428 250

配置永久性磁盘和实例

永久性磁盘性能随磁盘大小和虚拟机实例上的 vCPU 数量而扩增。

性能会一直扩增，直至达到磁盘限制或挂接到磁盘的虚拟机实例数上限。机器类型和实例上的 vCPU 数量决定了虚拟机实例的限制。

例如，假设一个 1000 GB 的 SSD 永久性磁盘挂接到具有 N2 机器类型和 4 个 vCPU 的实例。仅基于磁盘大小的读取上限为 30000 IOPS。但是，由于实例具有 4 个 vCPU，因此读取上限限制为 15000 IOPS。

下表展示了按磁盘大小的性能（采用带来性能显著变化的增量）。不过，您可以以 1 GB 为增量指定磁盘大小。根据您的性能要求配置磁盘和虚拟机实例。

性能（按磁盘大小）

标准永久性磁盘

IOPS 持续吞吐量 (MBps)
磁盘大小 (GB) 读取
（每次 I/O <=16 KB）		 写入
（每次 I/O <=8 KB）		 写入
（每次 I/O 16 KB）		 读取 写入
10 * * * * *
32 24 48 48 3 3
64 48 96 96 7 7
128 96 192 192 15 15
256 192 384 384 30 30
512 384 768 768 61 61
1000 750 1500 1500 120 120
1500 1125 2250 2250 180 180
2048 1536 3072 3072 245 245
4000 3000 6000 6000 480 400
5000 3750 7500 7500 600 400
8192 6144 12288 7500 983 400
10000–
65536		 7500 15000 7500 1200 400

* 此磁盘大小仅应用于启动磁盘，因为与此磁盘大小对应的性能限制非常低，但足以快速启动虚拟机。

SSD 永久性磁盘

IOPS 持续吞吐量 (MBps)
磁盘大小 (GB) 读取
（每次 I/O <=8 KB）		 读取
（每次 I/O <=16 KB）		 写入
（每次 I/O <=8 KB）		 写入
（每次 I/O 16 KB）		 读取 写入
10 300 300 300 300 4.8 4.8
32 960 960 960 960 15 15
64 1920 1920 1920 1920 30 30
128 3840 3840 3840 3840 61 61
256 7680 7680 7680 7680 122 122
500 15000 15000 15000 15000 240 240
834 25000 25000 25000 25000 400 400
1000 30000 30000 30000 25000 480 480
1334 40000 40000 40000 40000 640 640
1667 5 万 5 万 5 万 5 万 800 800
2048 60000 60000 60000 60000 983 983
3500–65536 10 万 75000 10 万 75000 1200 1200

机器类型和 vCPU 数量

查看性能指标和限制指标

您可以在 Cloud Monitoring（Google Cloud 的集成式监控解决方案）中查看永久性磁盘性能指标。

如果磁盘受到限制，则了解其中一些指标非常有用。限制的目的是为了消除突发性 I/O。 通过限制磁盘，可以将突发性 I/O 分散在一段时间内，以确保在任何给定时刻都可以符合（而不会超出）磁盘的性能限制。

如果您的工作负载具有突发性 I/O 使用模式，则预计会出现与读取或写入字节数激增相对应的受限字节数激增现象。同样，预计会出现与读取/写入操作次数激增相对应的受限操作次数激增现象。

如果您的磁盘限制为 1000 次写入 IOPS，则磁盘每 1 毫秒接受写入请求一次。如果您发出写入请求的速度较快，则会产生一点小延迟，以 1 毫秒为间隔分布请求。本文档中始终都会强制执行 IOPS 和吞吐量限制，而不是每分钟或每秒强制执行一次。

数据库是突发性工作负载的一个常见示例。数据库往往具有短暂、微突发的 I/O 操作，这会导致队列深度临时性增加。较高的队列深度可能会导致较长的延迟时间，因为队列中会有更多的未完成 I/O 操作请求处于等待状态。

如果您的工作负载具有均衡的 I/O 使用模式，并且您的磁盘持续达到性能限制，您可以看到受限字节数和操作次数保持均衡。

如需了解详情，请参阅查看永久性磁盘性能指标。

优化磁盘性能

如需提高磁盘性能，请按以下步骤开始操作：

  • 调整永久性磁盘的大小以提高个别 IOPS 和吞吐量限制。永久性磁盘没有任何预留、不可用的容量，因此您可以使用完整磁盘，而不会造成性能下降。但是，如果磁盘空间耗尽，某些文件系统和应用的性能可能会恶化，因此您可能需要增大磁盘大小，以避免发生这种情况。

  • 更改计算机类型和实例上的 vCPU 数量以增加个别实例 IOPS 和吞吐量限制。

在确保任何瓶颈都不是由虚拟机的磁盘大小或机器类型造成的之后，您的应用和操作系统可能仍需要进行一些微调。请参阅优化永久性磁盘性能和优化本地 SSD 性能。

影响性能的其他因素

后续步骤