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一文掌握 Linux 性能分析之 CPU 篇

一文掌握 Linux 性能分析之內存篇

這是 Linux 性能分析系列的第三篇，前兩篇分別講了 CPU 和 內存，本篇來看 IO。

IO 和 存儲密切相關，存儲可以概括為磁盤，內存，緩存，三者讀寫的性能差距非常大，磁盤讀寫是毫秒級的（一般 0.1-10ms），內存讀寫是微妙級的（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 性能這塊，我們更多關註的是讀寫磁盤的性能。首先，先了解下磁盤的基本信息。

磁盤基本信息

fdisk

查看磁盤信息，包括磁盤容量，扇區大小，IO 大小等信息，常用 fdisk -l 查看：

可以看到 /dev/ 下有一個 40G 的硬盤，一共 8K 多萬個扇區，每個扇區 512字節，IO 大小也是 512 字節。

df

查看磁盤使用情況，通常看磁盤使用率：

磁盤性能分析

主要分析磁盤的讀寫效率（IOPS：每秒讀寫的次數；吞吐量：每秒讀寫的數據量），IO 繁忙程度，及 IO 訪問對 CPU 的消耗等性能指標。

vmstat

第一個較為常用的還是這個萬能的 vmstat：

對於 IO，我們常關註三個部分：

• b 值：表示因為 IO 阻塞排隊的任務數
• bi 和 bo 值：表示每秒讀寫磁盤的塊數，bi（block in）是寫磁盤，bo（block out）是讀磁盤。
• 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，對於讀請求較大的服務器，b、bo、wa 的值偏大，而寫請求較大的服務器，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 性能的工具，可以方便查看 CPU、網卡、tty 設備、磁盤、CD-ROM 等等設備的信息，非常強大，總結下來，共有以下幾種用法：

1）iostat -c 查看部分 CPU 使用情況：

這裏顯示的是多個 CPU 的平均值，每個字段的含義我就不多解釋了，我一般會重點關註 %iowait 和 %idle，分別表示 CPU 等待 IO 完成時間的百分比和 CPU 空閑時間百分比。

如果 %iowait 較高，則表明磁盤存在 IO 瓶頸，如果 %idle 較高，則 CPU 比較空閑，如果兩個值都比較高，則有可能 CPU 在等待分配內存，瓶頸在內存，此時應該加大內存，如果 %idle 較低，則此時瓶頸在 CPU，應該增加 CPU 資源。

2）iostat -d 查看磁盤使用情況，主要是顯示 IOPS 和吞吐量信息（-k : 以 KB 為單位顯示，-m：以 M 為單位顯示）：

其中，幾個參數分別解釋如下：

• tps：設備每秒的傳輸次數（transfers per second），也就是讀寫次數。
• kB_read/s：每秒讀磁盤的數據量
• kB_wrtn/s：每秒寫磁盤的數據量
• kB_read：讀取磁盤的數據總量
• kB_wrtn：寫入磁盤的數據總量

3）iostat -x 查看磁盤詳細信息：

其中，幾個參數解釋如下；

• rrqm/s 和 wrqm/s：分別每秒進行合並的讀操作數和寫操作數，這是什麽意思呢，合並就是說把多次 IO 請求合並成少量的幾次，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：每秒磁盤讀寫的次數。這兩個值相加就是 tps。
• rkB/s 和 wkB/s：每秒磁盤讀寫的數據量，這兩個值和上面的 kB_read/s、kB_wrnt/s 是一個意思。
• avgrq-sz：平均每次讀寫磁盤扇區的大小。
• avgqu-sze：平均 IO 隊列長度。隊列長度越短越好。
• await：平均每次磁盤讀寫的等待時間（ms）。
• svctm：平均每次磁盤讀寫的服務時間（ms）。
• %util：一秒鐘有百分之多少的時間用於磁盤讀寫操作。

以上這些參數太多了，我們並不需要每個都關註，可以重點關註兩個：

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 參數來看，如果 %idle < 70% 就說明 IO 比較繁忙了。也可以結合 vmstat 的 b 參數（等待 IO 的進程數）和 wa 參數（IO 等待所占 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，說明磁盤 IO 響應時間較快，排隊較少，如果 await 遠大於 svctm，說明此時隊列太長，響應較慢，這時可以考慮換性能更好的磁盤或升級 CPU。

4）iostat 1 2 默認顯示 cpu 和 吞吐量信息，1 定時 1s 顯示，2 顯示 2 條信息

進程 IO 性能分析

有了以上兩個命令，基本上能對磁盤 IO 的信息有個全方位的了解了。但如果要確定具體哪個進程的 IO 開銷較大，這就得借助另外的工具了。

iotop

這個命令類似 top，可以顯示每個進程的 IO 情況，有了這個命令，就可以定位具體哪個進程的 IO 開銷比較大了。

OK，最後還是總結下，fdisk -l 和 df 查看磁盤基本信息，iostat -d 查看磁盤 IOPS 和吞吐量，iostat -x 結合 vmstat 查看磁盤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

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【原創】一文掌握 Linux 性能分析之 I/O 篇