Linux 监测IO状态

来源：互联网发布：单片机软件调试编辑：程序博客网时间：2024/04/30 17:27

Linux系统出现了性能问题，一般我们可以通过top、iostat、free、vmstat等命令来查看初步定位问题。其中iostat可以给我们提供丰富的IO状态数据。

关于Linux性能监控相信大家已经小有了解，对于IO篇，让我们先分析一些具体的情况，在这些情况下I/O会成为系统的瓶颈。我们会用到工具top，vmstat，iostat，sar等。每一个工具的输出都从不同的方面反映除系统的性能情况。

　　Linux性能监控情况1：同一时间进行大量的I/O操作

　　在这种情况时我们会发现CPU的wa时间百分比会上升，证明系统的idle时间大部分都是在等待I/O操作。

　　# vmstat 1

　　procs -----memory----- ---swap---io---- --system--cpu----

　　r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa

　　3 2 0 55452 9236 1739020 0 0 9352 0 2580 8771 20 24 0 57

　　2 3 0 53888 9232 1740836 0 0 14860 0 2642 8954 23 25 0 52

　　2 2 0 51856 9212 1742928 0 0 12688 0 2636 8487 23 25 0 52

　　从这个输出我们可以看到CPU有50%的时间都在等待I/O操作，我们还可以看到系统的bi值很大，证明系统有大量的I/O请求将磁盘内容读入内存。

　　没有很好的工具能看到到底是哪个进程在进行I/O读写。但我们可以通过top命令的输出来猜测

　　# top -d 1

　　top - 19:45:07 up 1:40, 3 users, load average: 6.36, 5.87, 4.40

　　Tasks: 119 total, 3 running, 116 sleeping, 0 stopped, 0 zombie

　　Cpu(s): 5.9% us, 87.1% sy, 0.0% ni, 0.0% id, 5.9% wa, 1.0% hi, 0.0% si

　　Mem: 2075672k total, 2022668k used, 53004k free, 7156k buffers

　　Swap: 2031608k total, 132k used, 2031476k free, 1709372k cached

　　PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ nFLT COMMAND

　　3069 root 5 -10 450m 303m 280m S 61.5 15.0 10:56.68 4562 vmware-vmx

　　3016 root 5 -10 447m 300m 280m S 21.8 14.8 12:22.83 3978 vmware-vmx

　　3494 root 5 -10 402m 255m 251m S 3.0 12.6 1:08.65 3829 vmware-vmx

　　3624 root 5 -10 401m 256m 251m S 1.0 12.6 0:29.92 3747 vmware-vmx

　　将top的输出通过faults进行排序。我们可以看到vmware产生最多的page faults。也就是说它进行了大量的IO操作。

Linux性能监控情况2：管道太小

　　任何I/O操作都需要一定的时间，而且这些时间对于硬盘来说是确定的，它包含磁盘旋转的延时RD（rotation delay）和磁头搜索时间DS（disk seek）。RD由磁盘转速（RPM）决定。RD是磁盘旋转一周所需时间的一半。如RPM为10000.

　　RPS=RPM/60=166

　　1/166=0.0006=6ms 磁盘旋转一周要6毫秒

　　RD=6ms/2=3ms

　　磁盘平均搜索时间是3ms，数据传输的平均延时是2ms，这样一次I/O操作的平均时间是：

　　3ms+3ms+2ms=8ms

　　IOPS=1000/8=125 这块磁盘的每秒IO数（IOPS）为125。所以对于10000RPM的磁盘来说它所能承受的IO操作在IOPS在120～150之间。如果系统的I/O请求超过这个值，就会使磁盘成为系统的瓶颈。

　　对与系统而言有两种不同种类的I/O压力，连续I/O和随机I/O。

　　连续I/O常常出现在企业级数据库这样的应用中，需要连续的读取大量数据。这种系统的性能依靠它读取和移动数据的大小和快慢。我们用iostat来监控，会发现rKB/s,wKB/s会很高。

　　Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rsec/s wsec/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util

　　/dev/sda 0.00 12891.43 0.00 105.71 0.00 106080.00 0.00 53040.00 1003.46 1099.43 3442.43 26.49 280.00

　　从输出我们看到w/s=105,wKB/s=53040.所以53040/105=505KB per I/O.

　　对于随机I/O的系统来说性能的关注点不在搜传输数据的大小和速度，而是在磁盘的IOPS。这类系统的I/O请求比较小但是数量很大，如Web服务器和Mail服务器。他们的性能主要依赖每秒钟可处理的请求数：

　　# iostat -x 1

　　avg-cpu: %user %nice %sys %idle

　　2.04 0.00 97.96 0.00

　　Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rsec/s wsec/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util

　　/dev/sda 0.00 633.67 3.06 102.31 24.49 5281.63 12.24 2640.82 288.89 73.67 113.89 27.22 50.00

　　从输出我们看到w/s=102,wKB/s=2640.所以2640/102=23KB per I/O.因此对于连续I/O系统来说我们要关注系统读取大量数据的能力即KB per request.对于随机I/O系统我们注重IOPS值.

1. 基本使用

$iostat -d -k 1 10

参数 -d 表示，显示设备（磁盘）使用状态；-k某些使用block为单位的列强制使用Kilobytes为单位；1 10表示，数据显示每隔1秒刷新一次，共显示10次。

$iostat -d -k 1 10Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtnsda              39.29        21.14         1.44  441339807   29990031sda1              0.00         0.00         0.00       1623        523sda2              1.32         1.43         4.54   29834273   94827104sda3              6.30         0.85        24.95   17816289  520725244sda5              0.85         0.46         3.40    9543503   70970116sda6              0.00         0.00         0.00        550        236sda7              0.00         0.00         0.00        406          0sda8              0.00         0.00         0.00        406          0sda9              0.00         0.00         0.00        406          0sda10            60.68        18.35        71.43  383002263 1490928140Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtnsda             327.55      5159.18       102.04       5056        100sda1              0.00         0.00         0.00          0          0

tps：该设备每秒的传输次数（Indicate the number of transfers per second that were issued to the device.）。“一次传输”意思是“一次I/O请求”。多个逻辑请求可能会被合并为“一次I/O请求”。“一次传输”请求的大小是未知的。

kB_read/s：每秒从设备（drive expressed）读取的数据量；kB_wrtn/s：每秒向设备（drive expressed）写入的数据量；kB_read：读取的总数据量；kB_wrtn：写入的总数量数据量；这些单位都为Kilobytes。

上面的例子中，我们可以看到磁盘sda以及它的各个分区的统计数据，当时统计的磁盘总TPS是39.29，下面是各个分区的TPS。（因为是瞬间值，所以总TPS并不严格等于各个分区TPS的总和）

2. -x 参数

使用-x参数我们可以获得更多统计信息。

iostat -d -x -k 1 10Device:    rrqm/s wrqm/s   r/s   w/s  rsec/s  wsec/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await  svctm  %utilsda          1.56  28.31  7.80 31.49   42.51    2.92    21.26     1.46     1.16     0.03    0.79   2.62  10.28Device:    rrqm/s wrqm/s   r/s   w/s  rsec/s  wsec/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await  svctm  %utilsda          2.00  20.00 381.00  7.00 12320.00  216.00  6160.00   108.00    32.31     1.75    4.50   2.17  84.20

rrqm/s：每秒这个设备相关的读取请求有多少被Merge了（当系统调用需要读取数据的时候，VFS将请求发到各个FS，如果FS发现不同的读取请求读取的是相同Block的数据，FS会将这个请求合并Merge）；wrqm/s：每秒这个设备相关的写入请求有多少被Merge了。

rsec/s：每秒读取的扇区数；wsec/：每秒写入的扇区数。r/s：The number of read requests that were issued to the device per second；w/s：The number of write requests that were issued to the device per second；

await：每一个IO请求的处理的平均时间（单位是微秒毫秒）。这里可以理解为IO的响应时间，一般地系统IO响应时间应该低于5ms，如果大于10ms就比较大了。

%util：在统计时间内所有处理IO时间，除以总共统计时间。例如，如果统计间隔1秒，该设备有0.8秒在处理IO，而0.2秒闲置，那么该设备的%util = 0.8/1 = 80%，所以该参数暗示了设备的繁忙程度。一般地，如果该参数是100%表示设备已经接近满负荷运行了（当然如果是多磁盘，即使%util是100%，因为磁盘的并发能力，所以磁盘使用未必就到了瓶颈）。

3. -c 参数

iostat还可以用来获取cpu部分状态值：

iostat -c 1 10avg-cpu:  %user   %nice    %sys %iowait   %idle           1.98    0.00    0.35   11.45   86.22avg-cpu:  %user   %nice    %sys %iowait   %idle           1.62    0.00    0.25   34.46   63.67

4. 常见用法

$iostat -d -k 1 10        #查看TPS和吞吐量信息iostat -d -x -k 1 10      #查看设备使用率（%util）、响应时间（await）iostat -c 1 10            #查看cpu状态

5. 实例分析

$$iostat -d -k 1 |grep sda10Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtnsda10            60.72        18.95        71.53  395637647 1493241908sda10           299.02      4266.67       129.41       4352        132sda10           483.84      4589.90      4117.17       4544       4076sda10           218.00      3360.00       100.00       3360        100sda10           546.00      8784.00       124.00       8784        124sda10           827.00     13232.00       136.00      13232        136

上面看到，磁盘每秒传输次数平均约400；每秒磁盘读取约5MB，写入约1MB。

iostat -d -x -k 1Device:    rrqm/s wrqm/s   r/s   w/s  rsec/s  wsec/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await  svctm  %utilsda          1.56  28.31  7.84 31.50   43.65    3.16    21.82     1.58     1.19     0.03    0.80   2.61  10.29sda          1.98  24.75 419.80  6.93 13465.35  253.47  6732.67   126.73    32.15     2.00    4.70   2.00  85.25sda          3.06  41.84 444.90 54.08 14204.08 2048.98  7102.04  1024.49    32.57     2.10    4.21   1.85  92.24

可以看到磁盘的平均响应时间<5ms，磁盘使用率>80。磁盘响应正常，但是已经很繁忙了。

参考文献：

Linux man iostat
How Linux iostat computes its results
Linux iostat