注：本文大量引用网络文章的原文，但因为硬盘技术发展过快，因此部分内容可能已经过时，我尽量寻找最新的参考文献做了修正。
一、磁盘 I/O 的概念
I/O 的概念，从字义来理解就是输入输出。操作系统从上层到底层，各个层次之间均存在 I/O。比如，CPU 有 I/O，内存有 I/O, VMM 有 I/O, 底层磁盘上也有 I/O，这是广义上的 I/O。通常来讲，一个上层的 I/O 可能会产生针对磁盘的多个 I/O，也就是说，上层的 I/O 是稀疏的，下层的 I/O 是密集的。
磁盘的 I/O，顾名思义就是磁盘的输入输出。输入指的是对磁盘写入数据，输出指的是从磁盘读出数据。我们常见的磁盘类型有 ATA、SATA、FC、SCSI、SAS，如图1所示。这几种磁盘中，服务器常用的是 SAS 和 FC 磁盘，一些高端存储也使用 SSD 盘。每一种磁盘的性能是不一样的。
图 1. 物理磁盘的架构以及常见磁盘类型
二、性能评价指标
SAN（Storage Area Network, 存储区域网络）和NAS存储（Network Attached Storage，网络附加存储)一般都具备2个评价指标：IOPS和带宽（throughput），两个指标互相独立又相互关联。体现存储系统性能的最主要指标是IOPS。下面，将介绍一下这两个参数的含义。
IOPS (Input/Output Per Second)即每秒的输入输出量(或读写次数)，是衡量磁盘性能的主要指标之一。IOPS是指单位时间内系统能处理的I/O请求数量，I/O请求通常为读或写数据操作请求。随机读写频繁的应用，如OLTP(Online Transaction Processing)，IOPS是关键衡量指标。另一个重要指标是数据吞吐量(Throughput)，指单位时间内可以成功传输的数据数量。对于大量顺序读写的应用，如VOD(Video On Demand)，则更关注吞吐量指标。
简而言之：
磁盘的 IOPS，也就是在一秒内，磁盘进行多少次 I/O 读写。
磁盘的吞吐量，也就是每秒磁盘 I/O 的流量，即磁盘写入加上读出的数据的大小。
IOPS 与吞吐量的关系
每秒 I/O 吞吐量＝ IOPS* 平均 I/O SIZE。从公式可以看出： I/O SIZE 越大，IOPS 越高，那么每秒 I/O 的吞吐量就越高。因此，我们会认为 IOPS 和吞吐量的数值越高越好。实际上，对于一个磁盘来讲，这两个参数均有其最大值，而且这两个参数也存在着一定的关系。
IOPS可细分为如下几个指标：
- Toatal IOPS，混合读写和顺序随机I/O负载情况下的磁盘IOPS，这个与实际I/O情况最为相符，大多数应用关注此指标。
- Random Read IOPS，100%随机读负载情况下的IOPS。
- Random Write IOPS，100%随机写负载情况下的IOPS。
- Sequential Read IOPS，100%顺序读负载情况下的IOPS。
- Sequential Write IOPS，100%顺序写负载情况下的IOPS。
下图为一个典型的NFS（网络文件系统）测试结果：
IOPS的测试benchmark工具主要有Iometer, IoZone, FIO等，可以综合用于测试磁盘在不同情形下的IOPS。对于应用系统，需要首先确定数据的负载特征，然后选择合理的IOPS指标进行测量和对比分析，据此选择合适的存储介质和软件系统。
IOPS计算公式
对于磁盘来说一个完整的IO操作是这样进行的：当控制器对磁盘发出一个IO操作命令的时候，磁盘的驱动臂(Actuator Arm)带读写磁头(Head)离开着陆区(Landing Zone，位于内圈没有数据的区域)，移动到要操作的初始数据块所在的磁道(Track)的正上方，这个过程被称为寻址(Seeking)，对应消耗的时间被称为寻址时间(Seek Time);但是找到对应磁道还不能马上读取数据，这时候磁头要等到磁盘盘片(Platter)旋转到初始数据块所在的扇区(Sector)落在读写磁头正上方的之后才能开始读取数据，在这个等待盘片旋转到可操作扇区的过程中消耗的时间称为旋转延时(Rotational Delay);接下来就随着盘片的旋转，磁头不断的读/写相应的数据块，直到完成这次IO所需要操作的全部数据，这个过程称为数据传送(Data Transfer)，对应的时间称为传送时间(Transfer Time)。完成这三个步骤之后一次IO操作也就完成了。
在我们看硬盘厂商的宣传单的时候我们经常能看到3个参数，分别是平均寻址时间、盘片旋转速度以及最大传送速度，这三个参数就可以提供给我们计算上述三个步骤的时间。
第一个寻址时间，考虑到被读写的数据可能在磁盘的任意一个磁道，既有可能在磁盘的最内圈(寻址时间最短)，也可能在磁盘的最外圈(寻址时间最长)，所以在计算中我们只考虑平均寻址时间，也就是磁盘参数中标明的那个平均寻址时间，这里就采用当前最多的10krmp硬盘的5ms。
第二个旋转延时，和寻址一样，当磁头定位到磁道之后有可能正好在要读写扇区之上，这时候是不需要额外额延时就可以立刻读写到数据，但是最坏的情况确实要磁盘旋转整整一圈之后磁头才能读取到数据，所以这里我们也考虑的是平均旋转延时，对于10krpm的磁盘就是(60s/10k)*(1/2) = 2ms。
第三个传送时间，磁盘参数提供我们的最大的传输速度，当然要达到这种速度是很有难度的，但是这个速度却是磁盘纯读写磁盘的速度，因此只要给定了单次 IO的大小，我们就知道磁盘需要花费多少时间在数据传送上，这个时间就是IO Chunk Size / Max Transfer Rate。
现在我们就可以得出这样的计算单次IO时间的公式。
IO Time = Seek Time + 60 sec/Rotational Speed/2 + IO Chunk Size/Transfer Rate
于是我们可以这样计算出IOPS。
IOPS = 1/IO Time = 1/(Seek Time + 60 sec/Rotational Speed/2 + IO Chunk Size/Transfer Rate)
对于给定不同的IO大小我们可以得出下面的一系列的数据
4K (1/7.1 ms = 140 IOPS)
5ms + (60sec/15000RPM/2) + 4K/40MB = 5 + 2 + 0.1 = 7.1ms8k (1/7.2 ms = 139 IOPS)
5ms + (60sec/15000RPM/2) + 8K/40MB = 5 + 2 + 0.2 = 7.2ms16K (1/7.4 ms = 135 IOPS)
5ms + (60sec/15000RPM/2) + 16K/40MB = 5 + 2 + 0.4 = 7.4ms32K (1/7.8 ms = 128 IOPS)
5ms + (60sec/15000RPM/2) + 32K/40MB = 5 + 2 + 0.8 = 7.8ms64K (1/8.6 ms = 116 IOPS)
5ms + (60sec/15000RPM/2) + 64K/40MB = 5 + 2 + 1.6 = 8.6ms
从上面的数据可以看出，当单次IO越小的时候，单次IO所耗费的时间也越少，相应的IOPS也就越大。
上面我们的数据都是在一个比较理想的假设下得出来的，这里的理想的情况就是磁盘要花费平均大小的寻址时间和平均的旋转延时，这个假设其实是比较符合我们实际情况中的随机读写，在随机读写中，每次IO操作的寻址时间和旋转延时都不能忽略不计，有了这两个时间的存在也就限制了IOPS的大小。现在我们考虑一种相对极端的顺序读写操作，比如说在读取一个很大的存储连续分布在磁盘的的文件，因为文件的存储的分布是连续的，磁头在完成一个读IO操作之后，不需要从新的寻址，也不需要旋转延时，在这种情况下我们能到一个很大的IOPS值，如下。
4K (1/0.1 ms = 10000 IOPS)
0ms + 0ms + 4K/40MB = 0.1ms8k (1/0.2 ms = 5000 IOPS)
0ms + 0ms + 8K/40MB = 0.2ms16K (1/0.4 ms = 2500 IOPS)
0ms + 0ms + 16K/40MB = 0.4ms32K (1/0.8 ms = 1250 IOPS)
0ms + 0ms + 32K/40MB = 0.8ms64K (1/1.6 ms = 625 IOPS)
0ms + 0ms + 64K/40MB = 1.6ms
相比第一组数据来说差距是非常的大的，因此当我们要用IOPS来衡量一个IO系统的系能的时候我们一定要说清楚是在什么情况的IOPS，也就是要说明读写的方式以及单次IO的大小，当然在实际当中，特别是在OLTP的系统的，随机的小IO的读写是最有说服力的。
另外，对于同一个磁盘（或者 LUN），随着每次 I/O 读写数据的大小不通，IOPS 的数值也不是固定不变的。例如，每次 I/O 写入或者读出的都是连续的大数据块，此时 IOPS 相对会低一些；在不频繁换道的情况下，每次写入或者读出的数据块小，相对来讲 IOPS 就会高一些。也就是说，IOPS 也取决与I/O块的大小，采用不同I/O块的大小测出的IOPS值是不同的。 对一个具体的IOPS, 可以了解它当时测试的I/O块的尺寸。并且IOPS都具有极限值，表1列出了各种磁盘的 IOPS 极限值。
表 1. 常见磁盘类型及其 IOPS
三、I/O 读写的类型
大体上讲，I/O 的类型可以分为：读/写 I/O、大/小块 I/O、连续/随机 I/O, 顺序/并发 I/O。在这几种类型中，我们主要讨论一下：大/小块 I/O、连续/随机 I/O, 顺序/并发 I/O。
大/小块 I/O
这个数值指的是控制器指令中给出的连续读出扇区数目的多少。如果数目较多，如 64、128 等，我们可以认为是大块I/O；反之，如果很小，比如4、8，我们就会认为是小块I/O，实际上，在大块和小块 I/O 之间，没有明确的界限。
连续/随机 I/O
连续 I/O 指的是本次 I/O 给出的初始扇区地址和上一次 I/O 的结束扇区地址是完全连续或者相隔不多的。反之，如果相差很大，则算作一次随机 I/O。
连续 I/O 比随机 I/O 效率高的原因是：在做连续 I/O 的时候，磁头几乎不用换道，或者换道的时间很短；而对于随机 I/O，如果这个 I/O 很多的话，会导致磁头不停地换道，造成效率的极大降低。
顺序/并发 I/O
从概念上讲，并发 I/O 就是指向一块磁盘发出一条 I/O 指令后，不必等待它回应，接着向另外一块磁盘发 I/O 指令。对于具有条带性的 RAID（LUN），对其进行的 I/O 操作是并发的，例如：raid 0+1(1+0),raid5 等。反之则为顺序 I/O。
四、硬盘常见指标含义
硬盘接口
一、SAS接口
SAS（Serial Attached SCSI）接口是一种半导体接口规范，是基于SCSI传输协议的新一代连接主机和存储设备的接口。它具有高速传输和高可靠性的特点，适用于高端服务器和存储系统。SAS接口速度为12Gbps，数据传输速度比SATA接口快两倍以上，信号干扰较少，并且支持多设备连接，非常适用于高负载的企业级应用。
二、SATA接口
SATA（Serial ATA）接口是一种串行数据接口，是一种连接主机和存储设备的接口。它的速度较慢，只有6Gbps，但成本相对较低，稳定性较好，是大多数桌面计算机和服务器硬盘的常用接口。
三、SCSI接口
SCSI（Small Computer System Interface）接口是一种高速的硬盘接口标准，早期应用于服务器和工作站等高性能计算机上。SCSI接口能够支持多个设备同时连接，支持多种传输协议和数据格式，但由于成本较高，目前已经逐渐被SAS和SATA接口所取代。
四、FC接口
FC（Fibre Channel）是一种高速数据传输通道，达到了2Gbps、4Gbps、8Gbps等极高的传输速度。FC接口主要用于高端服务器、工作站和存储设备的连接，因其高速传输性能、可扩展性、可靠性和安全性而备受欢迎。
综上所述，服务器硬盘常用的接口有SAS、SATA、SCSI和FC四种，每种接口的特点和适用场景都不相同。在选择服务器硬盘和安装时，应根据实际需求和预算来选择适当的接口类型，以确保服务器硬盘的性能和稳定性。
硬盘尺寸
常见的硬盘尺寸有3.5寸、2.5寸、1.8寸
3.5寸台式机硬盘；风头正劲，广泛用作各式电脑。
2.5寸笔记本硬盘；广泛用于笔记本电脑，桌面一体机，移动硬盘及便携式硬盘播放器。
1.8寸微型硬盘；广泛用于超薄笔记本电脑，移动硬盘及苹果播放器。
转速
转速(Rotationl Speed 或Spindle speed)，是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一，它是决定硬盘内部传输率的关键因素之一，在很大程度上直接影响到硬盘的速度。硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相对的硬盘的传输速度也就得到了提高。硬盘转速以每分钟多少转来表示，单位表示为RPM，RPM是Revolutions Per minute的缩写，是转/每分钟。RPM值越大，内部传输率就越快，访问时间就越短，硬盘的整体性能也就越好。
家用的普通硬盘的转速一般有5400rpm、7200rpm几种，高转速硬盘也是台式机用户的首选；而对于笔记本用户则是4200rpm、5400rpm为主，虽然已经有公司发布了7200rpm的笔记本硬盘，但在市场中还较为少见；服务器用户对硬盘性能要求最高，服务器中使用的SCSI硬盘转速基本都采用10000rpm，甚至还有15000rpm的，性能要超出家用产品很多。
五、参考资料
服务器硬盘接口大全，你了解几种？ https://www.27ka.cn/39046.html
磁盘性能评价指标—IOPS和吞吐量 https://www.cnblogs.com/sddai/p/8647795.html