磁盘性能评估

14.3　磁盘I/O性能评估

学习目标

·磁盘I/O性能评估的方法

在对磁盘I/O性能做评估之前，必须知道的几个方面如下。

·熟悉RAID存储方式，可以根据应用的不同，选择不同的RAID方式。例如，如果一个应用经常有大量的读操作，就可以选择RAID5方式构建磁盘阵列存储数据；如果应用有大量的、频繁的写操作，就可以选择RAID0存取方式；如果应用对数据安全要求很高，同时对读写也有要求的话，就可以考虑RAID01存取方式。

·尽可能用内存的读写代替直接磁盘I/O，使频繁访问的文件或数据放入内存中进行操作处理，因为内存读写操作比直接磁盘读写的效率要高千倍。

·将经常进行读写的文件与长期不变的文件独立出来，分别放置到不同的磁盘设备上。

·对于写操作频繁的数据，可以考虑使用裸设备代替文件系统。这里简要讲述下文件系统与裸设备的对比。

使用裸设备的优点如下。

数据可以直接读写，不需要经过操作系统级的缓存，节省了内存资源，避免了内存资源争用。

避免了文件系统级的维护开销，比如文件系统需要维护超级块、I－node等。

避免了操作系统的cache预读功能，减少了I/O请求。

使用裸设备的缺点是数据管理、空间管理不灵活，需要很专业的人来操作。

其实裸设备的优点就是文件系统的缺点，反之也是如此，这就需要我们做出合理的规划和衡量，根据应用的需求，做出对应的策略。

下面接着介绍对磁盘I/O的评估标准。

1.sar－d命令组合

通过“sar－d”组合，可以对系统的磁盘IO做一个基本的统计。请看下面的一个输出：

对上面每项的输出解释如下。

·DEV：表示磁盘设备名称。

·tps：表示每秒到物理磁盘的传送数，也就是每秒的I/O流量。一个传送就是一个I/O请求，多个逻辑请求可以被合并为一个物理I/O请求。

·rd＿sec/s：表示每秒从设备读取的扇区数（1扇区＝512字节）。

·wr＿sec/s：表示每秒写入设备的扇区数目。

·argrq－sz：表示平均每次设备I/O操作的数据大小（以扇区为单位）。

·avgqu－sz：表示平均I/O队列的长度。

·await：表示平均每次设备I/O操作的等待时间（以毫秒为单位）。

·svctm：表示平均每次设备I/O操作的服务时间（以毫秒为单位）。

·%util：表示一秒中有百分之几的时间用于I/O操作。

Linux中I/O请求系统与现实生活中超市购物排队系统有很多类似的地方，通过对超市购物排队系统的理解，可以很快掌握Linux中I/O运行机制。比如：

·avgrq－sz：类似于超市排队中每人所买东西的多少。

·avgqu－sz：类似于超市排队中单位时间内平均排队的人数。

·await：类似于超市排队中每人的等待时间。

·svctm：类似于超市排队中收银员的收款速度。

·%util：类似于超市收银台前有人排队的时间比例。

对于磁盘IO性能，一般有如下评判标准：

正常情况下svctm应该是小于await值的，而svctm的大小和磁盘性能有关，CPU、内存的负荷也会对svctm值造成影响，过多的请求也会间接导致svctm值的增加。

await值的大小一般取决于svctm的值和I/O队列长度以及I/O请求模式。如果svctm的值与await很接近，就表示几乎没有I/O等待，磁盘性能很好；如果await的值远高于svctm的值，则表示I/O队列等待太长，系统上运行的应用程序将变慢，此时可以通过更换更快的硬盘来解决问题。

%util项的值也是衡量磁盘I/O的一个重要指标，如果%util接近100%，就表示磁盘产生的I/O请求太多，I/O系统已经满负荷地在工作，该磁盘可能存在瓶颈。长期下去，势必影响系统的性能，可以通过优化程序或者通过更换更高、更快的磁盘来解决此问题。

2.iostat－d命令组合

通过“iostat－d”命令组合也可以查看系统磁盘的使用状况，请看以下输出：

对上面每项的输出解释如下。

·Blk＿read/s：表示每秒读取的数据块数。

·Blk＿wrtn/s：表示每秒写入的数据块数。

·Blk＿read：表示读取的所有块数。

·Blk＿wrtn：表示写入的所有块数。

注意

上面输出的第一项是系统从启动以来到统计时的所有传输信息，从第二次输出的数据才代表在检测的时间段内系统的传输值。

可以通过Blk＿read/s和Blk＿wrtn/s的值对磁盘的读写性能有一个基本的了解。如果Blk＿wrtn/s值很大，就表示磁盘的写操作很频繁，可以考虑优化磁盘或者优化程序；如果Blk＿read/s值很大，就表示磁盘直接读取操作很多，可以将读取的数据放入内存中进行操作。对于这两个选项的值没有一个固定的大小，根据系统应用的不同，会有不同的值，但是有一个规则还是可以遵循的，即长期的、超大的数据读写，肯定是不正常的，这种情况一定会影响系统性能。

“iostat－x”组合还提供了对每个磁盘的单独统计，如果不指定磁盘，默认就是对所有磁盘进行统计。请看下面的一个输出：

这个输出基本与“sar－d”相同。需要说明的几个选项的含义如下。

·rrqm/s：表示每秒进行merged的读操作数目。

·wrqm/s：表示每秒进行merged的写操作数目。

·r/s：表示每秒完成读I/O设备的次数。

·w/s：表示每秒完成写I/O设备的次数。

·rsec/s：表示每秒读取的扇区数。

·wsec/s：表示每秒写入的扇区数。

3.vmstat－d组合

通过“vmstat－d”组合也可以查看磁盘的统计数据。请看下面的一个输出：

上面主要讲解了对磁盘I/O的性能评估，其实衡量磁盘I/O好坏是多方面的，有应用程序本身的，也有硬件设计上的，还有系统自身配置的问题等，要解决I/O的瓶颈，关键是要提高I/O子系统的执行效率。例如，首先要从应用程序上对磁盘读写进行优化，能够放到内存执行的操作，尽量不要放到磁盘，同时对磁盘存储方式进行合理规划，选择适合自己的RAID存取方式，最后，在系统级别上，可以选择适合自身应用的文件系统，必要时使用裸设备提高读写性能。