一文掌握 Linux 效能分析之 I/O 篇
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這是 Linux 效能分析系列的第三篇，前兩篇分別講了 CPU 和 記憶體，本篇來看 IO。
IO 和 儲存密切相關，儲存可以概括為磁碟，記憶體，快取，三者讀寫的效能差距非常大，磁碟讀寫是毫秒級的（一般 0.1-10ms），記憶體讀寫是微妙級的（一般 0.1-10us），cache 是納秒級的（一般 1-10ns）。但這也是犧牲其他特性為代價的，速度快的，價格越貴，容量也越小。
IO 效能這塊，我們更多關注的是讀寫磁碟的效能。首先，先了解下磁碟的基本資訊。
磁碟基本資訊
fdisk
檢視磁碟資訊，包括磁碟容量，扇區大小，IO 大小等資訊，常用 fdisk -l 檢視：
可以看到 /dev/ 下有一個 40G 的硬碟，一共 8K 多萬個扇區，每個扇區 512位元組，IO 大小也是 512 位元組。
df
檢視磁碟使用情況，通常看磁碟使用率：
磁碟效能分析
主要分析磁碟的讀寫效率（IOPS：每秒讀寫的次數；吞吐量：每秒讀寫的資料量），IO 繁忙程度，及 IO 訪問對 CPU 的消耗等效能指標。
vmstat
第一個較為常用的還是這個萬能的 vmstat：
對於 IO，我們常關注三個部分：
- b 值：表示因為 IO 阻塞排隊的任務數
- bi 和 bo 值：表示每秒讀寫磁碟的塊數，bi（block in）是寫磁碟，bo（block out）是讀磁碟。
- wa 值：表示因為 IO 等待（wait）而消耗的 CPU 比例。
一般這幾個值偏大，都意味著系統 IO 的消耗較大，對於讀請求較大的伺服器，b、bo、wa 的值偏大，而寫請求較大的伺服器，b、bi、wa 的值偏大。
iostat
vmstat 雖然萬能，但是它分析的東西有限，iostat 是專業分析 IO 效能的工具，可以方便檢視 CPU、網絡卡、tty 裝置、磁碟、CD-ROM 等等裝置的資訊，非常強大，總結下來，共有以下幾種用法：
1）iostat -c 檢視部分 CPU 使用情況：
這裡顯示的是多個 CPU 的平均值，每個欄位的含義我就不多解釋了，我一般會重點關注 %iowait 和 %idle，分別表示 CPU 等待 IO 完成時間的百分比和 CPU 空閒時間百分比。
如果 %iowait 較高，則表明磁碟存在 IO 瓶頸，如果 %idle 較高，則 CPU 比較空閒，如果兩個值都比較高，則有可能 CPU 在等待分配記憶體，瓶頸在記憶體，此時應該加大記憶體，如果 %idle 較低，則此時瓶頸在 CPU，應該增加 CPU 資源。
2）iostat -d 檢視磁碟使用情況，主要是顯示 IOPS 和吞吐量資訊（-k : 以 KB 為單位顯示，-m：以 M 為單位顯示）：
其中，幾個引數分別解釋如下：
- tps：裝置每秒的傳輸次數（transfers per second），也就是讀寫次數。
- kB_read/s：每秒讀磁碟的資料量
- kB_wrtn/s：每秒寫磁碟的資料量
- kB_read：讀取磁碟的資料總量
- kB_wrtn：寫入磁碟的資料總量
3）iostat -x 檢視磁碟詳細資訊：
其中，幾個引數解釋如下；
- rrqm/s 和 wrqm/s：分別每秒進行合併的讀運算元和寫運算元，這是什麼意思呢，合併就是說把多次 IO 請求合併成少量的幾次，這樣可以減小 IO 開銷，buffer 存在的意義就是為了解決這個問題的。
- r/s 和 w/s：每秒磁碟讀寫的次數。這兩個值相加就是 tps。
- rkB/s 和 wkB/s：每秒磁碟讀寫的資料量，這兩個值和上面的 kB_read/s、kB_wrnt/s 是一個意思。
- avgrq-sz：平均每次讀寫磁碟扇區的大小。
- avgqu-sze：平均 IO 佇列長度。佇列長度越短越好。
- await：平均每次磁碟讀寫的等待時間（ms）。
- svctm：平均每次磁碟讀寫的服務時間（ms）。
- %util：一秒鐘有百分之多少的時間用於磁碟讀寫操作。
以上這些引數太多了，我們並不需要每個都關注，可以重點關注兩個：
1）%util：衡量 IO 的繁忙程度
這個值越大，說明產生的 IO 請求較多，IO 壓力較大，我們可以結合 %idle 引數來看，如果 %idle < 70% 就說明 IO 比較繁忙了。也可以結合 vmstat 的 b 引數（等待 IO 的程序數）和 wa 引數（IO 等待所佔 CPU 時間百分比）來看，如果 wa > 30% 也說明 IO 較為繁忙。
2）await：衡量 IO 的響應速度
通俗理解，await 就像我們去醫院看病排隊等待的時間，這個值和醫生的服務速度（svctm）和你前面排隊的人數（avgqu-size）有關。如果 svctm 和 await 接近，說明磁碟 IO 響應時間較快，排隊較少，如果 await 遠大於 svctm，說明此時佇列太長，響應較慢，這時可以考慮換效能更好的磁碟或升級 CPU。
4）iostat 1 2 預設顯示 cpu 和 吞吐量資訊，1 定時 1s 顯示，2 顯示 2 條資訊
程序 IO 效能分析
有了以上兩個命令，基本上能對磁碟 IO 的資訊有個全方位的瞭解了。但如果要確定具體哪個程序的 IO 開銷較大，這就得藉助另外的工具了。
iotop
這個命令類似 top，可以顯示每個程序的 IO 情況，有了這個命令，就可以定位具體哪個程序的 IO 開銷比較大了。
OK，最後還是總結下， fdisk -l 和 df 檢視磁碟基本資訊， iostat -d 檢視磁碟 IOPS 和吞吐量， iostat -x 結合 vmstat 檢視磁碟的繁忙程度和處理效率。
參考：
http://linuxtools-rst.readthedocs.io/zh_CN/latest/tool/iostat.html
http://rdc.hundsun.com/portal/article/731.html我的公眾號 CloudDeveloper(ID: cloud_dev) ，號內有大量書籍和視訊資源，後臺回覆 「1024」 即可領取，分享的內容包括但不限於雲端計算虛擬化、容器、OpenStack、K8S、霧計算、網路、工具、SDN、OVS、DPDK、Linux、Go、Python、C/C++程式設計技術等內容，歡迎大家關注。
