了解磁碟效能特性
應用程式效能通常取決於應用程式讀取和寫入資料的速度。 若要了解如何改善應用程式效能，您必須先了解如何測量效能，以及影響效能的設定和選擇。
碟碟效能特性
若要選擇正確的磁碟類型，您必須了解效能指標。 下列指標表示效能：
- IOPS: IOPS 是指應用程式在一秒內傳送到磁碟的要求數。 IOPS 會直接影響您的應用程式效能。 某些應用程式 (例如零售網站) 需要高 IOPS 來管理所有小型和隨機的輸入/輸出 (I/O) 要求，這些要求必須快速處理，才能讓網站保持在可回應的狀態。 效能較高的磁碟具有較高的 IOPS 值。
- 輸送量: 輸送量是指應用程式在指定間隔內傳送到磁碟的資料量。 輸送量也稱為資料傳輸速率，並以 MB/秒來測量。 如果您的應用程式正在執行大型資料區塊的 I/O，則需要高輸送量。 效能較高的磁碟具有較高的輸送量。
- 延遲: 延遲表示應用程式將要求傳送到磁碟並收到回應所花費的時間。 延遲會對實際 IOPS 造成限制。 例如，(佇列深度為 1) 如果磁碟可以處理 5,000 IOPS，但每個作業需花費 10 毫秒來處理，則應用程式會因為處理時間而有每秒最多處理 100 個作業的限制。 如果您啟用 ReadOnly 主機快取，則會大幅改善延遲。
IOPS 和輸送量
輸送量和 IOPS 有直接的關聯性。 直接變更其中一個會影響另一個。 若要取得理論上的輸送量限制，您可以使用下列公式：IOPS × I/O 大小 = 輸送量。 規劃您的應用程式時，請務必考量這兩個值。
對於 Ultra 磁碟和進階 SSD v2 受控磁碟，其運作方式稍有不同，因為您可以獨立調整磁碟大小、IOPS 和輸送量。 您可以在執行時間調整 Ultra 磁碟和進階 SSD v2 受控磁碟的 IOPS 或輸送量，而不需中斷磁碟與 VM 的連線。
Ultra 磁碟 IOPS
Ultra 磁碟支援 300 IOPS/GiB 的 IOPS 限制，每個磁碟的 IOPS 最大值上限為 160,000。 若要達到磁碟的目標 IOPS，請確定選取的磁碟 IOPS 小於 VM IOPS 限制。
一般可用大小的單一 VM 目前的 IOPS 上限為 160,000。 具有更高 IOPS 的 Ultra 磁碟可作為共用磁碟，以支援多個 VM。
每個磁碟保證的最低 IOPS 為 1 IOPS/GiB，整體基準最小值為 100 IOPS。 例如，如果您佈建一個 4-GiB Ultra 磁碟，則該磁碟的最小 IOPS 為 100，而不是 4。
Ultra 磁碟輸送量
對於每個佈建的 IOPS，單一 Ultra 磁碟的輸送量上限為 256 KiB/秒，最多可達每個磁碟 4000 MB/秒 (其中，MB/秒 = 10 ^6 位元組/秒)。 針對每個佈建的 IOPS，每個磁碟的保證最小輸送量為 4KiB/s，整體基準最小為 1 MB/秒。
進階 SSD v2 IOPS
所有進階 SSD v2 磁碟都有免費的 3000 基準 IOPS。 6 GiB 之後，磁碟的最大 IOPS 可能會以每個 GiB 500 的速率增加，最多 80,000 IOPS。 因此，8 GiB 磁碟最多可以有 4,000 IOPS，而 10 GiB 最多可以有 5,000 IOPS。 若要能夠在磁碟上設定 80,000 個 IOPS，該磁碟必須至少有 160 GIB。 將 IOPS 增加到 3000 以上，會提高磁碟的價格。
進階 SSD v2 輸送量
所有進階 SSD v2 磁碟都有免費的 125 MB/秒基準輸送量。 6 GiB 之後，每個設定 IOPS 可設定的最大輸送量增加 0.25 MB/秒。 如果磁碟有 3,000 IOPS，其可設定的最大輸送量為 750 MB/秒。 若要提高此磁碟超過 750 MB/秒的輸送量，必須增加其 IOPS。 例如，如果您將 IOPS 增加到 4,000，則可以設定的最大輸送量為 1,000。 1,200 MB/秒是具有 5,000 IOPS 或更多的磁碟支援最大輸送量。 將輸送量增加到 125 MB/秒以上，會提高磁碟的價格。
虛擬機器 I/O 上限
既然您已知道哪些磁碟可在 Azure 中使用，您必須讓每個 VM 與正確的磁碟類型相配。 VM 有自己的儲存體 IOPS 限制，這會在合併磁碟 IOPS 時影響整體應用程式效能。
如果您並未正確地針對應用程式所需的儲存體效能調整 VM 大小，VM 本身就會變成瓶頸。
例如，假設應用程式提出的要求需要 15,000 IOPS。 您已佈建 Standard_D8s_v3 VM，其中包含一個 P30 OS 磁碟和兩個具有 P40 SKU 的進階 SSD 資料磁碟。 每個資料磁碟都可以處理 7,500 IOPS，最後可以滿足應用程式的需求，但 VM 本身具有 12,800 IOPS 的上限，也就是應用程式將取得的實際 IOPS。 下圖說明這個範例。
上述範例中所述的案例稱為「VM I/O 上限」。 在此情節中，應用程式要求磁碟可以管理的輸送量和 IOPS 數量，但 VM 無法滿足這些需求。
您可以使用下列計量來診斷 VM I/O 上限所造成的效能問題：
- VM 使用的快取 IOPS 百分比
- VM 使用的快取頻寬百分比
- VM 使用的取消快取 IOPS 百分比
- VM 使用的取消快取頻寬百分比
磁碟 I/O 上限
您可能會遇到儲存體解決方案不符合應用程式需求的其他情況。 但是，如果您針對磁碟選取不正確的效能層級，可能就會造成瓶頸。
請考慮應用程式從 VM 要求 15,000 IOPS 的相同範例，而您已選擇下列設定：
- 具有 25,600 IOPS 的標準 D16s_v4
- 具有 2,300 IOPS 的 P20 OS 磁碟
- 兩個 P30 資料磁碟，每個磁碟都支援 5,000 IOPS
在此情節中，應用程式的需求分成三個不同的要求：
- 從 OS 磁碟要求 2,300 IOPS
- 從每個資料磁碟要求 5,000 IOPS
VM 將傳回給應用程式的 IOPS 總數是 12,300，這是 OS 和資料磁碟所提供的每個 IOPS 的總和。
當磁碟本身不符合應用程式需求時，此案例稱為「磁碟 I/O 上限」。
若要診斷磁碟 I/O 上限，請使用下列計量：
- 已使用的資料磁碟 IOPS 百分比
- 已使用的資料磁碟頻寬百分比
- 已使用的 OS 磁碟 IOPS 百分比
- 已使用的 OS 磁碟頻寬百分比
磁碟快取
快取是用來儲存資料的特製化元件，通常會儲存在記憶體中，讓應用程式可以更快速地存取資料。 快取中的資料通常是先前已讀取的資料，或是先前計算所產生的資料。 目標是讓應用程式從快取中存取資料的速度比從磁碟快。 Ultra 磁碟和進階 SSD v2 上無法使用磁碟快取。
快取使用特製化 (有時成本高昂) 的暫時儲存體，相較於永久儲存體，具有更快速的讀取和寫入效能。 由於快取儲存體通常是有限，您可能需要決定對哪些資料作業進行快取的效益最大。 但是，即使快取可供廣泛使用 (例如在 Azure 中)，還是必須先知道每個磁碟的工作負載模式，才能決定要使用哪種快取類型。
讀取快取會嘗試加速資料「擷取」。 應用程式不是從永久儲存體中讀取資料，而是從更快速的快取中讀取資料。
請務必注意，當讀取佇列有一些可預測性時 (例如一組循序讀取)，則十分適用讀取快取。 針對隨機 I/O，由於您要存取的資料散佈在儲存體中，因此使用快取的效益很小或根本沒有效益，甚至可能會降低磁碟效能。
寫入快取會嘗試加快「將資料寫入」永續性儲存體的速度。 透過使用寫入快取，應用程式可以考慮應儲存的資料。
事實上，使用寫入快取時，資料會在快取中排入佇列，等候寫入磁碟。 您可以想像，此機制可能是潛在的問題點，例如系統在快取資料寫入之前就關閉。 有些系統 (例如 SQL Server) 安排工作將快取資料寫入永續性磁碟儲存體。
VM 的快取和未快取限制
既然您已了解快取如何改善磁碟上資料的讀取或寫入效能，您應該注意快取如何影響 VM 效能。
VM 的效能取決於根據 VM 大小所加諸的 IOPS 和輸送量限制。 進階層中的所有 VM 都有不同的 IOPS 和輸送量限制 (以已快取和未快取的設定為基礎)。 您可以啟用 VM 主機快取來改善 VM 的效能，以符合 IOPS 和輸送量的較高需求。
下表列出範例來說明快取和未快取的磁碟輸送量和頻寬的效能差異。
| VM 大小名稱 | 最大快取和暫存儲存體輸送量：IOPS/MB/秒 (快取大小，以 GiB 為單位) | 最大未快取的磁碟輸送量 IOPS/MB/秒 |
|---|---|---|
| Standard_D2s_v3 | 4,000/32 (50) | 3,200/48 |
| Standard_D4s_v3 | 8,000/64 (100) | 6,400/96 |
| Standard_D8s_v3 | 16,000/128 (200) | 12,800/192 |
| Standard_D64s_v3 | 128,000/1,024 (1,600) | 80,000/1,200 |
主機快取可協助您避免發生 VM 瓶頸的情況。
在先前的 VM I/O 上限範例中，應用程式需要 15,000 IOPS。 這兩個資料磁碟都可以處理該需求，但 Standard_D8s_v3 VM 只能在未快取狀態下提供 12,800 IOPS。
如果您在 Standard_D8s_v3 VM 上設定主機快取，您可以取得16,000 快取的 IOPS，這比應用程式所要求的還多。