一文掌握 Linux 性能分析之 I/O 篇

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一文掌握 Linux 性能分析之 I/O 篇

优惠码大使 2019-03-12 19:37:31 浏览704
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一文掌握 Linux 性能分析之 I/O 篇

这是 Linux 性能分析系列的第三篇,前两篇分别讲了 CPU 和 内存,本篇来看 IO。

IO 和 存储密切相关,存储可以概括为磁盘,内存,缓存,三者读写的性能差距非常大,磁盘读写是毫秒级的(一般 0.1-10ms),内存读写是微妙级的(一般 0.1-10us),cache 是纳秒级的(一般 1-10ns)。但这也是牺牲其他特性为代价的,速度快的,价格越贵,容量也越小。

IO 性能这块,我们更多关注的是读写磁盘的性能。首先,先了解下磁盘的基本信息。

磁盘基本信息

fdisk

查看磁盘信息,包括磁盘容量,扇区大小,IO 大小等信息,常用 fdisk -l 查看:

431521-20190311130553468-42152524.png

可以看到 /dev/ 下有一个 40G 的硬盘,一共 8K 多万个扇区,每个扇区 512字节,IO 大小也是 512 字节。

df

查看磁盘使用情况,通常看磁盘使用率:

431521-20190311130612933-5207587.png

磁盘性能分析

主要分析磁盘的读写效率(IOPS:每秒读写的次数;吞吐量:每秒读写的数据量),IO 繁忙程度,及 IO 访问对 CPU 的消耗等性能指标。

vmstat

第一个较为常用的还是这个万能的 vmstat:

431521-20190311130624567-1799072861.png

对于 IO,我们常关注三个部分:

  • b 值:表示因为 IO 阻塞排队的任务数
  • bi 和 bo 值:表示每秒读写磁盘的块数,bi(block in)是写磁盘,bo(block out)是读磁盘。
  • wa 值:表示因为 IO 等待(wait)而消耗的 CPU 比例。

一般这几个值偏大,都意味着系统 IO 的消耗较大,对于读请求较大的服务器,b、bo、wa 的值偏大,而写请求较大的服务器,b、bi、wa 的值偏大。

iostat

vmstat 虽然万能,但是它分析的东西有限,iostat 是专业分析 IO 性能的工具,可以方便查看 CPU、网卡、tty 设备、磁盘、CD-ROM 等等设备的信息,非常强大,总结下来,共有以下几种用法:

1)iostat -c 查看部分 CPU 使用情况:

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这里显示的是多个 CPU 的平均值,每个字段的含义我就不多解释了,我一般会重点关注 %iowait 和 %idle,分别表示 CPU 等待 IO 完成时间的百分比和 CPU 空闲时间百分比。

如果 %iowait 较高,则表明磁盘存在 IO 瓶颈,如果 %idle 较高,则 CPU 比较空闲,如果两个值都比较高,则有可能 CPU 在等待分配内存,瓶颈在内存,此时应该加大内存,如果 %idle 较低,则此时瓶颈在 CPU,应该增加 CPU 资源。

2)iostat -d 查看磁盘使用情况,主要是显示 IOPS 和吞吐量信息(-k : 以 KB 为单位显示,-m:以 M 为单位显示):

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其中,几个参数分别解释如下:

  • tps:设备每秒的传输次数(transfers per second),也就是读写次数。
  • kB_read/s:每秒读磁盘的数据量
  • kB_wrtn/s:每秒写磁盘的数据量
  • kB_read:读取磁盘的数据总量
  • kB_wrtn:写入磁盘的数据总量

3)iostat -x 查看磁盘详细信息:

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其中,几个参数解释如下;

  • rrqm/s 和 wrqm/s:分别每秒进行合并的读操作数和写操作数,这是什么意思呢,合并就是说把多次 IO 请求合并成少量的几次,这样可以减小 IO 开销,buffer 存在的意义就是为了解决这个问题的。
  • r/s 和 w/s:每秒磁盘读写的次数。这两个值相加就是 tps。
  • rkB/s 和 wkB/s:每秒磁盘读写的数据量,这两个值和上面的 kB_read/s、kB_wrnt/s 是一个意思。
  • avgrq-sz:平均每次读写磁盘扇区的大小。
  • avgqu-sze:平均 IO 队列长度。队列长度越短越好。
  • await:平均每次磁盘读写的等待时间(ms)。
  • svctm:平均每次磁盘读写的服务时间(ms)。
  • %util:一秒钟有百分之多少的时间用于磁盘读写操作。

以上这些参数太多了,我们并不需要每个都关注,可以重点关注两个:

1)%util:衡量 IO 的繁忙程度

这个值越大,说明产生的 IO 请求较多,IO 压力较大,我们可以结合 %idle 参数来看,如果 %idle < 70% 就说明 IO 比较繁忙了。也可以结合 vmstat 的 b 参数(等待 IO 的进程数)和 wa 参数(IO 等待所占 CPU 时间百分比)来看,如果 wa > 30% 也说明 IO 较为繁忙。

2)await:衡量 IO 的响应速度

通俗理解,await 就像我们去医院看病排队等待的时间,这个值和医生的服务速度(svctm)和你前面排队的人数(avgqu-size)有关。如果 svctm 和 await 接近,说明磁盘 IO 响应时间较快,排队较少,如果 await 远大于 svctm,说明此时队列太长,响应较慢,这时可以考虑换性能更好的磁盘或升级 CPU。

4)iostat 1 2 默认显示 cpu 和 吞吐量信息,1 定时 1s 显示,2 显示 2 条信息

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进程 IO 性能分析

有了以上两个命令,基本上能对磁盘 IO 的信息有个全方位的了解了。但如果要确定具体哪个进程的 IO 开销较大,这就得借助另外的工具了。

iotop

这个命令类似 top,可以显示每个进程的 IO 情况,有了这个命令,就可以定位具体哪个进程的 IO 开销比较大了。

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OK,最后还是总结下,fdisk -l 和 df 查看磁盘基本信息,iostat -d 查看磁盘 IOPS 和吞吐量,iostat -x 结合 vmstat 查看磁盘的繁忙程度和处理效率。

参考:
http://linuxtools-rst.readthedocs.io/zh_CN/latest/tool/iostat.html
http://rdc.hundsun.com/portal/article/731.html

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