Linux 磁盘性能指标之磁盘I/O观测与进程I/O观测

一、磁盘的性能指标

说到磁盘性能的衡量标准，必须要提到五个常见指标，也就是我们经常用到的，使用率、饱和度、IOPS、吞吐量以及响应时间等。这五个指标，是衡量磁盘性能的基本指标。

• 使用率，是指磁盘处理 I/O 的时间百分比。过高的使用率（比如超过 80%），通常意味着磁盘 I/O 存在性能瓶颈。
• 饱和度，是指磁盘处理 I/O 的繁忙程度。过高的饱和度，意味着磁盘存在严重的性能瓶颈。当饱和度为 100% 时，磁盘无法接受新的 I/O 请求。
• IOPS（Input/Output Per Second），是指每秒的 I/O 请求数。吞吐量，是指每秒的 I/O 请求大小。
• 响应时间，是指 I/O 请求从发出到收到响应的间隔时间。

二、磁盘I/O观测

第一个要观测的，是每块磁盘的使用情况。iostat 是最常用的磁盘 I/O 性能观测工具，它提供了每个磁盘的使用率、IOPS、吞吐量等各种常见的性能指标，当然，这些指标实际上来自  /proc/diskstats。iostat 的输出界面如下。

# -d -x表示显示所有磁盘I/O的指标

[root@10-9-170-111 ~]# iostat -d -x 1
Linux 4.19.0-6.el7.ucloud.x86_64 (10-9-170-111) 	07/21/2022 	_x86_64_	(12 CPU)

Device:         rrqm/s   wrqm/s     r/s     w/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await r_await w_await  svctm  %util
vda               0.00     0.07    0.02    0.59     0.37     5.53    19.54     0.00    0.12    0.21    0.11   0.34   0.02
vdb               0.46     0.03    2.33 2416.77    45.43 11880.32     9.86     0.01    0.00    0.16    0.00   0.05  12.97

这些指标中，你要注意：

• %util  ，就是我们前面提到的磁盘 I/O 使用率；
• r/s+  w/s  ，就是 IOPS；rkB/s+wkB/s ，就是吞吐量；
• r_await+w_await ，就是响应时间。

在观测指标时，也别忘了结合请求的大小（ rareq-sz 和 wareq-sz）一起分析。

你可能注意到，从 iostat 并不能直接得到磁盘饱和度。事实上，饱和度通常也没有其他简单的观测方法，不过，你可以把观测到的，平均请求队列长度或者读写请求完成的等待时间，跟基准测试的结果（比如通过 fio）进行对比，综合评估磁盘的饱和情况。

三、进程 I/O 观测

除了每块磁盘的 I/O 情况，每个进程的 I/O 情况也是我们需要关注的重点。上面提到的 iostat 只提供磁盘整体的 I/O 性能数据，缺点在于，并不能知道具体是哪些进程在进行磁盘读写。要观察进程的 I/O 情况，你还可以使用 pidstat 和 iotop 这两个工具。

3.1 pidstat

[root@10-9-170-111 ~]# pidstat -d 1
Linux 4.19.0-6.el7.ucloud.x86_64 (10-9-170-111) 	07/21/2022 	_x86_64_	(12 CPU)

06:17:21 PM   UID       PID   kB_rd/s   kB_wr/s kB_ccwr/s  Command
06:17:22 PM   996      3552    475.25  40835.64      0.00  mysqld

从 pidstat 的输出你能看到，它可以实时查看每个进程的 I/O 情况，包括下面这些内容。

• 用户 ID（UID）和进程 ID（PID）  。
• 每秒读取的数据大小（kB_rd/s） ，单位是 KB。
• 每秒发出的写请求数据大小（kB_wr/s） ，单位是 KB。
• 每秒取消的写请求数据大小（kB_ccwr/s） ，单位是 KB。
• 块 I/O 延迟（iodelay），包括等待同步块 I/O 和换入块 I/O 结束的时间，单位是时钟周期。

3.2 iotop

除了可以用 pidstat 实时查看，根据 I/O 大小对进程排序，也是性能分析中一个常用的方法。这一点，我推荐另一个工具， iotop。它是一个类似于 top 的工具，你可以按照 I/O 大小对进程排序，然后找到 I/O 较大的那些进程。

[root@10-9-170-111 ~]# iotop

从这个输出，你可以看到，前两行分别表示，进程的磁盘读写大小总数和磁盘真实的读写大小总数。因为缓存、缓冲区、I/O 合并等因素的影响，它们可能并不相等。剩下的部分，则是从各个角度来分别表示进程的 I/O 情况，包括线程 ID、I/O 优先级、每秒读磁盘的大小、每秒写磁盘的大小、换入和等待 I/O 的时钟百分比等。

作者：UStarGao
链接：https://www.starcto.com/storage_scheme/303.html
来源：STARCTO
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