问答题
拟建设的某事务处理系统数据交换非常频繁。经过初步分析，存储子系统的I/O性能决定了整个系统的响应时间。目前主流磁盘的容量为40GB和80GB两种规格。采用不同规格的磁盘，存储子系统的I/O性能会有很大的不同，同时也产生不一样的成本。评价使用小容量或大容量磁盘每秒每个I/O操作的成本，对于选择恰当的设计方案意义重大。
经过调研，该项目的系统分析师小刘得到了以下与存储子系统有关的部件的性能和成本说明：
(1)CPU系统，成本是20000元，处理能力是2500MIPS。
(2)主存的带宽是16字节，访问周期是10ns。
(3)1000MB/s的I/O总线，可连接20个Ultra3 SCSI总线和控制器。
(4)Ultral3 SCSI总线，成本是500元，传输速度是160MB/s，每条总线最多可以支持15个磁盘，执行一个磁盘I/O操作平均增加0.3ms的开销。
(5)每个磁盘I/O操作需要使用50000条CPU指令。
(6)安装磁盘的驱动器盒，成本是每个驱动器盒1500元。为磁盘提供电力和降温，每个驱动器盒配置一条SCSI连接线，可以安放80GB磁盘8个或者40GB的磁盘12个。
(7)无论是大容量磁盘还是小容量磁盘，成本都是10元/GB，转速都是15 000RPM (每分钟15 000转)，平均寻道时间是5ms，传输速率是40MB/s。
为了进一步进行定量评估，小刘假设磁盘存储容量必须是1920GB(大、小两种规格的磁盘不能混用)，每次I/O的平均数据量是32KB，每次磁盘I/O操作时间=平均寻道时间+平均旋转延迟+传输时间，所有磁盘负载都是均衡的，而且所有设备的能力都可以得到100%的发挥。
说明：用IOPS表示每秒执行的I/O数量。
经过调研，该项目的系统分析师小刘得到了以下与存储子系统有关的部件的性能和成本说明：
(1)CPU系统，成本是20000元，处理能力是2500MIPS。
(2)主存的带宽是16字节，访问周期是10ns。
(3)1000MB/s的I/O总线，可连接20个Ultra3 SCSI总线和控制器。
(4)Ultral3 SCSI总线，成本是500元，传输速度是160MB/s，每条总线最多可以支持15个磁盘，执行一个磁盘I/O操作平均增加0.3ms的开销。
(5)每个磁盘I/O操作需要使用50000条CPU指令。
(6)安装磁盘的驱动器盒，成本是每个驱动器盒1500元。为磁盘提供电力和降温，每个驱动器盒配置一条SCSI连接线，可以安放80GB磁盘8个或者40GB的磁盘12个。
(7)无论是大容量磁盘还是小容量磁盘，成本都是10元/GB，转速都是15 000RPM (每分钟15 000转)，平均寻道时间是5ms，传输速率是40MB/s。
为了进一步进行定量评估，小刘假设磁盘存储容量必须是1920GB(大、小两种规格的磁盘不能混用)，每次I/O的平均数据量是32KB，每次磁盘I/O操作时间=平均寻道时间+平均旋转延迟+传输时间，所有磁盘负载都是均衡的，而且所有设备的能力都可以得到100%的发挥。
说明：用IOPS表示每秒执行的I/O数量。
问答题
(1)CPU系统能够支持的最大IOPS是多少?
(2)主存能够支持的最大IOPS是多少?
(3)I/O总线能够支持的最大IOPS是多少?
(4)每个Ultra3 SCSI总线能够支持的最大IOPS是多少?
(2)主存能够支持的最大IOPS是多少?
(3)I/O总线能够支持的最大IOPS是多少?
(4)每个Ultra3 SCSI总线能够支持的最大IOPS是多少?
【正确答案】
【答案解析】
CPU的I/O性能是由CPU的速度和执行一次磁盘I/O操作所需的指令数决定的。
主存系统的最大性能是由存储周期时间、内存带宽和每次I/O传输数据量决定的。
I/O总线的最大性能受限于总线带宽和每次I/O传输数据量。
Ultra3 SCSI总线性能受限于SCSI控制器的性能，通过SCSI总线传输32KB数据需要的时间=
，加上0.3ms的SCSI控制器代价，每次I/O操作需要0.5ms，则每个Ultra3 SCSI总线能够支持的最大IOPS=
CPU的I/O性能是由CPU的速度和执行一次磁盘I/O操作所需的指令数决定的。
主存系统的最大性能是由存储周期时间、内存带宽和每次I/O传输数据量决定的。
I/O总线的最大性能受限于总线带宽和每次I/O传输数据量。
Ultra3 SCSI总线性能受限于SCSI控制器的性能，通过SCSI总线传输32KB数据需要的时间=
，加上0.3ms的SCSI控制器代价，每次I/O操作需要0.5ms，则每个Ultra3 SCSI总线能够支持的最大IOPS=
问答题
I/O链中最后一个连接是磁盘本身。
(1)平均每次磁盘的I/O时间是多少(精确到0.1ms)?
(2)操作每个磁盘的最大IOPS是多少?
(3)采用大小两种规格的磁盘，磁盘能够提供的最大IOPS分别是多少?
(1)平均每次磁盘的I/O时间是多少(精确到0.1ms)?
(2)操作每个磁盘的最大IOPS是多少?
(3)采用大小两种规格的磁盘，磁盘能够提供的最大IOPS分别是多少?
【正确答案】
【答案解析】
(3)采用80G规格的磁盘，磁盘系统能提供的最大IOPS为3072。
采用40G规格的磁盘，磁盘系统能提供的最大IOPS为6144。 [解析]
平均磁盘访问时间：平均寻道时间+平均旋转延迟+传输时间+控制器延迟，如忽略控制器延迟，平均磁盘访问时间=
所以磁盘的性能如下。
(3)采用80G规格的磁盘，磁盘系统能提供的最大IOPS为3072。
采用40G规格的磁盘，磁盘系统能提供的最大IOPS为6144。 [解析]
平均磁盘访问时间：平均寻道时间+平均旋转延迟+传输时间+控制器延迟，如忽略控制器延迟，平均磁盘访问时间=
所以磁盘的性能如下。
问答题
(1)采用大小两种规格的磁盘以组织存储系统，分别需要几个驱动器盒和几条SCSI连接线?
(2)系统I/O性能的瓶颈是由哪个部件决定的?
(3)两种组织方式的总成本分别是多少(精确到0.1元)?
(4)两种组织方式的每个IOPS的成本分别是多少(精确到0.1元)?
(5)哪种方式的性价比高?
(2)系统I/O性能的瓶颈是由哪个部件决定的?
(3)两种组织方式的总成本分别是多少(精确到0.1元)?
(4)两种组织方式的每个IOPS的成本分别是多少(精确到0.1元)?
(5)哪种方式的性价比高?
【正确答案】
【答案解析】(1)若采用80GB规格的磁盘则需要3个驱动器盒和3条SCSI连接线。
若采用40GB规格的磁盘则需要4个驱动器盒和4条SCSI连接线。
(2)I/O性能瓶颈由磁盘本身决定。
(3)采用80GB磁盘的总成本为20000+3×500+1920×10+1500×3=45200
采用40GB磁盘的总成本为20000+4×500+1920×10+1500×4=47200
[解析]
根据题目提示，每个SCSI总线最多可以连接15个磁盘，一个驱动器盒可以容纳 80GB磁盘8个或40GB磁盘12个，因此24个80GB磁盘需要驱动器盒3个，需要的 SCSI连接线的最小数量是3条：48个40GB磁盘需要驱动器盒4个，SCSI连接线的最小数量是4条。
3个SCSI总线提供的最大IOPS=3×2000=6000IOPS
4个SCSI总线提供的最大IOPS=4×2000=8000IOPS
每一种组织方式能达到的最大性能等于Min(CPU受限性能，主存受限性能，I/O总线受限性能，SCSI受限性能)，所以：
80GB，3条连接线=Min(50000，50000，31250，3072，6000)=3072IOPS
40GB，4条连接线=Min(50000，50000，31250，6144，8000)=6144OPS
每种组织方式的成本：
采用80GB磁盘成本=20000+3×500+24×(80×10)+1500×3=45200
采用80GB磁盘成本=20000+4×500+48×(40×10)+1500×4=47200
单位IOPS的成本：
若采用40GB规格的磁盘则需要4个驱动器盒和4条SCSI连接线。
(2)I/O性能瓶颈由磁盘本身决定。
(3)采用80GB磁盘的总成本为20000+3×500+1920×10+1500×3=45200
采用40GB磁盘的总成本为20000+4×500+1920×10+1500×4=47200
[解析]
根据题目提示，每个SCSI总线最多可以连接15个磁盘，一个驱动器盒可以容纳 80GB磁盘8个或40GB磁盘12个，因此24个80GB磁盘需要驱动器盒3个，需要的 SCSI连接线的最小数量是3条：48个40GB磁盘需要驱动器盒4个，SCSI连接线的最小数量是4条。
3个SCSI总线提供的最大IOPS=3×2000=6000IOPS
4个SCSI总线提供的最大IOPS=4×2000=8000IOPS
每一种组织方式能达到的最大性能等于Min(CPU受限性能，主存受限性能，I/O总线受限性能，SCSI受限性能)，所以：
80GB，3条连接线=Min(50000，50000，31250，3072，6000)=3072IOPS
40GB，4条连接线=Min(50000，50000，31250，6144，8000)=6144OPS
每种组织方式的成本：
采用80GB磁盘成本=20000+3×500+24×(80×10)+1500×3=45200
采用80GB磁盘成本=20000+4×500+48×(40×10)+1500×4=47200
单位IOPS的成本：