最近，我從cnaaa.com上購買了雲伺服器，開通了centos系統。

我們知道 Linux 儲存系統 I/O 棧由**檔案系統層（file system layer）**、**通用塊層（ general block layer）**和**裝置層（device layer）**構成。

其中，**通用塊層**是 Linux 磁碟 I/O 的核心。向上，它為訪問檔案系統和應用程式的塊裝置提供了標準介面；向下，它將各種異構磁碟裝置抽象為一個統一的塊裝置，並響應檔案系統和應用程式傳送的 I/O。

在本文中，我們來看看磁碟的效能指標以及如何檢視這些指標。

## Linux 磁碟效能指標

在衡量磁碟效能時，我們經常提到五個常見指標：利用率、飽和度、IOPS、吞吐量和響應時間。這五個指標是衡量磁碟效能的基本指標。

1. **利用率（Utilization）**：磁碟處理 I/O 的時間百分比。過度使用（如超過 80%）通常意味著磁碟 I/O 存在效能瓶頸。
2. **飽和度（Saturation）**：指磁碟處理 I/O 的繁忙程度。過度飽和意味著磁碟存在嚴重的效能瓶頸。當飽和度為 100% 時，磁碟無法接受新的 I/O 請求。
3. **IOPS（Input/Output Per Second）**：指每秒 I/O 請求的數量。
4. **吞吐量（Throughput）**：每秒 I/O 請求的大小。
5. **響應時間（Response time）**：指傳送 I/O 請求和接收響應之間的間隔時間。

*這裡需要注意的是，關於利用率，我們只考慮有無 I/O，而不考慮 I/O 的大小。也就是說，當利用率為 100% 時，磁碟仍有可能接受新的 I/O 請求。*

一般來說，在為應用選擇伺服器時，首先要對磁碟的 I/O 效能進行基準測試，這樣才能準確評估磁碟效能，以判斷是否能夠滿足應用的需求。

當然，這需要你在**隨機讀**、**順序讀**、**隨機寫**、**順序寫**等各種應用場景下測試不同 I/O 大小（通常是 512B ~ 1MB 之間）的效能。

## 磁碟 I/O 觀察

首先要觀察的是每個磁碟的使用情況。iostat 是最常用的磁碟 I/O 效能觀察工具。它提供了各種常用效能指標，例如每個磁碟的**利用率**、**IOPS** 和**吞吐量**。當然，這些指標實際上來自 `/proc/diskstats`。

以下是 `iostat` 的輸出示例：

```
# -d -x means display all disk I/O performance
$ iostat -d -x 1 
Device            r/s     w/s     rkB/s     wkB/s   rrqm/s   wrqm/s  %rrqm  %wrqm r_await w_await aqu-sz rareq-sz wareq-sz  svctm  %util 
loop0            0.00    0.00      0.00      0.00     0.00     0.00   0.00   0.00    0.00    0.00   0.00     0.00     0.00   0.00   0.00 
loop1            0.00    0.00      0.00      0.00     0.00     0.00   0.00   0.00    0.00    0.00   0.00     0.00     0.00   0.00   0.00 
sda              0.00    0.00      0.00      0.00     0.00     0.00   0.00   0.00    0.00    0.00   0.00     0.00     0.00   0.00   0.00 
sdb              0.00    0.00      0.00      0.00     0.00     0.00   0.00   0.00    0.00    0.00   0.00     0.00     0.00   0.00   0.00
```

在上述指標中，您需要注意的是：

- `%util` 是我們前面提到的磁碟 I/O 使用情況
- `r/s` 和 `w/s` 是 IOPS
- `rkB/s` 和 `wkB/s` 是吞吐量
- `r_await` 和 `w_await` 是響應時間

您可能已經注意到 `iostat` 不能直接獲取磁碟的飽和度。事實上，通常沒有什麼簡單的方法可以測量飽和度。但是，您可以將觀察到的**平均請求佇列長度**或**完成讀寫請求的等待時間**與**基準測試**（例如透過 fio）的結果進行比較，以綜合評估磁碟飽和度。

## 程式 I/O 觀察

除了每個磁碟的 I/O 情況，每個程式的 I/O 情況也是大家關注的重點。

上面提到的 `iostat` 只提供了觀察磁碟的整體 I/O 效能資料。缺點是無法知道哪些程式正在讀寫磁碟。要觀察程式的 I/O，還可以使用 `pidstat` 和 `iotop` 工具。

例如，要使用 `pidstat`

```
$ pidstat -d 1 
13:39:51      UID       PID   kB_rd/s   kB_wr/s kB_ccwr/s iodelay  Command 
13:39:52      102       916      0.00      4.00      0.00       0  rsyslogd
```

從 `pidstat` 的輸出可以看出，它可以實時檢視每個程式的 I/O 情況，這包括以下內容：

- 使用者 ID (`UID`) 和程式 ID (`PID`)。
- 每秒讀取的資料大小 (`kB_rd/s`)，以 KB 為單位。
- 每秒發出的寫請求資料的大小（`kB_wr/s`），單位為KB。
- 每秒取消寫入請求的資料大小 (`kB_ccwr/s`)，以 KB 為單位。
- 塊 I/O 延遲 (`iodelay`)，包括等待同步塊（synchronized block）I/O 和換入塊（swap-in block）I/O 完成的時間，以**時鐘週期**為單位。

除了使用 `pidstat` 實時檢視程式磁碟 I/O 外，還有一個磁碟效能分析的常用方法是根據 I/O 大小對程式進行排序。為此，我推薦 `iotop` 工具。它是一個類似於 `top` 的工具，您可以按 I/O 大小對程式進行排序，並找到具有更大 I/O 的程式。

```
$ iotop
Total DISK READ :       0.00 B/s | Total DISK WRITE :       7.85 K/s 
Actual DISK READ:       0.00 B/s | Actual DISK WRITE:       0.00 B/s 
  TID  PRIO  USER     DISK READ  DISK WRITE  SWAPIN     IO>    COMMAND 
15055 be/3 root        0.00 B/s    7.85 K/s  0.00 %  0.00 % systemd-journald
```

從該輸出可以看到，前兩行分別代表**程式的磁碟讀寫總大小**和**磁碟的實際讀寫總大小**。由於**快取**、**緩衝區**、**I/O 合併**等因素，它們可能不相等。

剩下的部分從各個角度代表了程式的 I/O 情況，包括 **執行緒 ID**、**I/O 優先順序**、**每秒磁碟讀取大小**、**每秒磁碟寫入大小**、**換入百分比**和**等待 I/O 時鐘百分比**。

## 結論

在本文中，我介紹了 Linux 磁碟 I/O 的效能指標和檢視效能工具。我們通常使用 **IOPS**、**吞吐量**、**利用率**、**飽和度**和**響應時間**等幾個指標來評估磁碟的 I/O 效能。

可以使用 `iostat` 獲取磁碟的 I/O 情況，也可以使用 `pidstat`、`iotop` 等觀察程式的 I/O 情況。但在分析這些效能指標時，要注意結合**讀寫比率**、**I/O 型別**、**I/O 大小**等綜合分

如何監測 Linux 的磁碟 I/O 效能

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