I/O輸入/輸出(Input/Output)，分為IO設備和IO接口兩個部分。 在POSIX兼容的系統上，例如Linux系統，I/O操作可以有多種方式，比如DIO(Direct I/O)，AIO(Asynchronous I/O，異步I/O)，Memory-Mapped I/O(記憶體映射I/O)等，不同的I/O方式有不同的實現方式和性能，在不同的套用中可以按情況選擇不同的I/O方式。
基本介紹
- 中文名：輸入/輸出
- 外文名：IO
- I/O輸入/輸出：分為IO設備和IO接口兩個部分
- 效果：提高快取
- 注意事項：快取和磁碟陣列提高存儲IO性能
定義,安裝與接線,提高快取,高速快取,RAID0,
定義
I/O輸入/輸出(Input/Output)，分為IO設備和IO接口兩個部分。
在POSIX兼容的系統上，例如Linux系統，I/O操作可以有多種方式，比如DIO(Direct I/O)，AIO(Asynchronous，I/O 異步I/O)，Memory-Mapped I/O(記憶體映設I/O)等，不同的I/O方式有不同的實現方式和性能，在不同的套用中可以按情況選擇不同的I/O方式。
輸入輸出I/O流可以看成對位元組或者包裝後的位元組的讀取就是拿出來放進去雙路切換；實現聯動控制系統的弱電線路與被控設備的強電線路之間的轉接、隔離，以防止強電竄入系統，保障系統的安全；
與專線控制盤連線，用於控制重要消防設備（如消防泵、噴淋泵、風機等），一隻模組可控制一台大型消防設備的啟、停控制；
插拔式結構，可像安裝探測器一樣先將底座安裝在牆上，布線後工程調試前再將切換模組插入底座。易於施工、維護；
通過無源動合接點或切換AC220V電壓作為回答信號。
確認燈動作燈—紅色，回答燈—綠色；動作時，動作燈常亮、回答燈常亮。
IO輸出口可接繼電器，繼電器接點負載AC250V/3A、DC30V/7A啟動為一組常開/常閉觸點、停止為一組常開觸點。
安裝與接線
安裝孔距為65mm，用2隻M4螺釘或A4自攻釘固定在安裝位置。
端子1接多線盤啟動端；端子2接多線盤停止端；
端子3接多線盤迴答端；端子4接電源地G；
端子5、6為停止命令對應的常開觸點輸出；
端子11、12接220V回答信號；
端子13、14為啟動命令對應的常開觸點輸出；端子14、15為啟動命令對應的常閉觸點輸出；
觸點輸出均為無源。
端子16接24V電源正極；
套用（接專線控制盤）
注意事項：可使用AC220V或無源閉合信號作為回答反饋信號。
JBF-151F/D只有1個回答輸入，它是啟動1的回答。
JBF-151F/D啟動發出後可提供一組常開或常閉觸點，停止命令輸出時只輸出一對常開點。
提高快取
衡量性能的幾個指標的計算中我們可以看到一個15k轉速的磁碟在隨機讀寫訪問的情況下IOPS竟然只有140左右，但在實際套用中我們卻能看到很多標有5000IOPS甚至更高的存儲系統，有這么大IOPS的存儲系統怎么來的呢?這就要歸結於各種存儲技術的使用了，在這些存儲技術中使用最廣的就是高速快取(Cache)和磁碟冗餘陣列(RAID)了，本文就將探討快取和磁碟陣列提高存儲IO性能的方法。
高速快取
在當下的各種存儲產品中，按照速度從快到慢應該就是記憶體>快閃記憶體>磁碟>磁帶了，然而速度越快也就意味著價格越高，快閃記憶體雖然說是發展勢頭很好，磁碟的速度無疑是計算機系統中最大的瓶頸了，所以在必須使用磁碟而又想提高性能的情況下，人們想出了在磁碟中嵌入一塊高速的記憶體用來保存經常訪問的數據從而提高讀寫效率的方法來折中的解決，這塊嵌入的記憶體就被稱為高速快取。
說到快取，到作業系統層，再到磁碟控制器，還有CPU內部，單個磁碟的內部也都存在快取，所有這些快取存在的目的都是相同的，就是提高系統執行的效率。
當然在這裡我們只提跟IO性能相關的快取，與IO性能直接相關的幾個快取分別是檔案系統快取(File SySTem Cache)、磁碟控制器快取(Disk CONtroller Cache)和磁碟快取(Disk Cache,也稱為Disk Buffer)，不過當在計算一個磁碟系統性能的時候檔案系統快取也是不會考慮在內的，我們重點考察的就是磁碟控制器快取和磁碟快取。
不管是控制器快取還是磁碟快取，他們所起的作用主要是分為三部分：快取數據、預讀(Read-ahead)和回寫(Write-back)。
快取數據
首先是系統讀取過的數據會被快取在高速快取中，這樣下次再次需要讀取相同的數據的時候就不用再訪問磁碟，直接從快取中取數據就可以了。當然，使用過的數據也不可能在快取中永久保留的，快取的數據一般是採取LRU算法來進行管理，目的是將長時間不用的數據清除出快取，那些經常被訪問的卻能一直保留在快取中，直到快取被清空。
預讀
預讀是指採用預讀算法在沒有系統的IO請求的時候事先將數據從磁碟中讀入到快取中，然後在系統發出讀IO請求的時候，就會實現去檢查看看快取裡面是否存在要讀取的數據，如果存在(即命中)的話就直接將結果返回，這時候的磁碟不再需要定址、旋轉等待、讀取數據這一序列的操作了，這樣是能節省很多時間的;如果沒有命中則再發出真正的讀取磁碟的命令去取所需要的數據。
快取的命中率跟快取的大小有很大的關係，理論上是快取越大的話，所能快取的數據也就越多，這樣命中率也自然越高，當然快取不可能太大，畢竟成本在那兒呢。如果一個容量很大的存儲系統配備了一個很小的讀快取的話，這時候問題會比較大的，因為小快取快取的數據量非常小，相比整個存儲系統來說比例非常低，這樣隨機讀取(資料庫系統的大多數情況)的時候命中率也自然就很低，這樣的快取不但不能提高效率(因為絕大部分讀IO都還要讀取磁碟)，反而會因為每次去匹配快取而浪費時間。
執行讀IO操作是讀取數據存在於快取中的數量與全部要讀取數據的比值稱為快取命中率(Read Cache Hit Radio)，假設一個存儲系統在不使用快取的情況下隨機小IO讀取能達到150IOPS，而它的快取能提供10%的快取命中率的話，那么實際上它的IOPS可以達到150/(1-10%)=166。
回寫
要先說一下，用於回寫功能的那部分快取被稱為寫快取(Write Cache)。在一套寫快取打開的存儲中，作業系統所發出的一系列寫IO命令並不會被挨個的執行，這些寫IO的命令會先寫入快取中，然後再一次性的將快取中的修改推到磁碟中，這就相當於將那些相同的多個IO合併成一個，多個連續操作的小IO合併成一個大的IO，還有就是將多個隨機的寫IO變成一組連續的寫IO，這樣就能減少磁碟定址等操作所消耗的時間，大大的提高磁碟寫入的效率。
讀快取雖然對效率提高是很明顯的，但是它所帶來的問題也比較嚴重，因為快取和普通記憶體一樣，掉電以後數據會全部丟失，當作業系統發出的寫IO命令寫入到快取中後即被認為是寫入成功，而實際上數據是沒有被真正寫入磁碟的，此時如果掉電，快取中的數據就會永遠的丟失了，這個對套用來說是災難性的，目前解決這個問題最好的方法就是給快取配備電池了，保證存儲掉電之後快取數據能如數保存下來。
和讀一樣，寫快取也存在一個寫快取命中率(Write Cache Hit Radio)，不過和讀快取命中情況不一樣的是，儘管快取命中，也不能將實際的IO操作免掉，只是被合併了而已。
控制器快取和磁碟快取除了上面的作用之外還承當著其他的作用，比如磁碟快取有保存IO命令佇列的功能，單個的磁碟一次只能處理一個IO命令，但卻能接收多個IO命令，這些進入到磁碟而未被處理的命令就保存在快取中的IO佇列中。
RAID(Redundant ArrayOf Inexpensive Disks)
如果你是一位資料庫管理員或者經常接觸伺服器，那對RAID應該很熟悉了，作為最廉價的存儲解決方案，RAID早已在伺服器存儲中得到了普及。在RAID的各個級別中，應當以RAID10和RAID5(不過RAID5已經基本走到頭了，RAID6正在崛起中，看看這裡了解下原因)套用最廣了。下面將就RAID0，RAID1，RAID5，RAID6，RAID10這幾種級別的RAID展開說一下磁碟陣列對於磁碟性能的影響，當然在閱讀下面的內容之前你必須對各個級別的RAID的結構和工作原理要熟悉才行，這樣才不至於滿頭霧水，推薦查看wikipedia上面的如下條目：RAID，Standard RAID levels，Nested RAID levels。
RAID0
RAID0將數據條帶化(striping)將連續的數據分散在多個磁碟上進行存取，系統發出的IO命令(不管讀IO和寫IO都一樣)就可以在磁碟上被並行的執行，每個磁碟單獨執行自己的那一部分請求，這樣的並行的IO操作能大大的增強整個存儲系統的性能。假設一個RAID0陣列有n(n>=2)個磁碟組成，每個磁碟的隨機讀寫的IO能力都達到140的話，那么整個磁碟陣列的IO能力將是140*n。同時如果在陣列匯流排的傳輸能力允許的話RAID0的吞吐率也將是單個磁碟的n倍。
其他RAID區域
RAID1鏡像磁碟，使用2塊硬碟，一般做系統盤的鏡像，讀IO為一塊硬碟的IO，寫IO為2塊硬碟的IO。
RAID10既能增加IO的讀寫性能又能實現數據的冗餘,使用盤的數量為2的倍數且要大於等於4，且硬碟空間相同，這樣的缺點是要實現IO擴展就必須增加相應的硬碟數量，實現同樣的性能硬碟成本要成倍增長。允許不同硬碟數據的任何一塊丟失。
RAID3拿出單獨一塊盤做奇偶校驗盤，做到數據的冗餘
這種情況下允許一塊硬碟損壞。由於磁碟的任何數據發生改變都會重新對校驗盤進行改寫，所以過多的寫操作會成為整個系統的瓶頸，此種RAID級別只能用於對讀請求相對較高，寫請求不多的環境。RAID3已基本淘汰，一般用RAID5技術替代。
