LINUX性能调优--IO总结

文件系统 I/O 性能指标
1 存储空间的使用情况，包括容量、使用量以及剩余空间。但这并不是真实的用量，文件系统的元数据也会占用磁盘空间。如果使用了RAID10，看到的磁盘容量最多是真实磁盘容量的一半。
2 除此之外，容易忽略的是索引节点的使用情况，它也包括容量、使用量以及剩余量等三个指标。如果文件系统中存储过多的小文件，就可能碰到索引节点容量已满的问题。
3 缓存使用情况也要注意，包括页缓存、目录项缓存、索引节点缓存以及各个具体文件系统（如 ext4、XFS 等）的缓存。
4 文件IO也是重要的指标，包括IOPS（包括 r/s 和 w/s）、响应时间（延迟）以及吞吐量（B/s）。这些指标需要结合文件实际的读写情况。比如，结合文件大小、文件数量、I/O 类型等，综合分析文件 I/O 的性能。
5 Linux 文件系统并没提供，直接查看这些指标的方法。只能通过系统调用、动态跟踪或者基准测试等方法，间接进行观察、评估
磁盘 I/O 性能指标
1 使用率，是指磁盘忙处理 I/O 请求的百分比。过高的使用率（比如超过 60%）通常意味着磁盘 I/O 存在性能瓶颈。
IOPS（Input/Output Per Second），是指每秒的 I/O 请求数。
吞吐量，是指每秒的 I/O 请求大小。响应时间，是指从发出 I/O 请求到收到响应的间隔时间。
2 常见的一个误区，把不同场景的 I/O 性能指标，直接进行分析对比
3 缓冲区（Buffer）也是要重点掌握的指标，它经常出现在内存和磁盘问题的分析中。
4 总结：
性能工具
1 df 查看文件系统容量的工具.既可以查看文件系统数据的空间容量，也可以查看索引节点的容量
文件系统缓存，我们可以通过 /proc/meminfo、/proc/slabinfo 以及 slabtop 等各种来源，观察页缓存、目录项缓存、索引节点缓存以及具体文件系统的缓存情况。
2 iostat ，我们可以得到磁盘的 I/O 使用率、吞吐量、响应时间以及 IOPS 等性能指标；
pidstat ，则可以观察到进程的 I/O 吞吐量以及块设备 I/O 的延迟等。
3 一个方法是：
1 top 查看系统的 CPU 使用情况，如果发现 iowait 比较高；
2 用 iostat 发现了磁盘的 I/O 使用率瓶颈，
3 用 pidstat 找出了大量 I/O 的进程；
4 通过 strace 和 lsof，我们找出了问题进程正在读写的文件，并最终锁定性能问题的来源。
指标和工具的联系
可以从两个方面出发考虑：
1 从 I/O 指标出发，更容易把性能工具同系统工作原理关联起来，对性能问题有宏观的认识和把握。
2 从性能工具出发，可以让你更快上手使用工具，迅速找出我们想观察的性能指标。特别是在工具有限的情况下，我们更要充分利用好手头的每一个工具，少量工具也要尽力挖掘出大量信息。
3 由指标想到工具：

4 根据工具找指标

迅速分析 I/O 的性能瓶颈
1 想弄清楚性能指标的关联性，就要通晓每种性能指标的工作原理
2 分析思路基本类似：
1 先用 iostat 发现磁盘 I/O 性能瓶颈；
2 pidstat ，定位出导致瓶颈的进程；
3 分析进程的 I/O 行为；
4 结合应用程序的原理，分析这些 I/O 的来源。
3 分析方向：

4 I/O 的性能指标很多，相应的性能分析工具也有不少，但熟悉了各指标含义后，你就会自然找到它们的关联。顺着这个思路往下走，掌握常用的分析套路也并不难.
I/O 基准测试
1 为了更客观合理地评估优化效果，我们首先应该对磁盘和文件系统进行基准测试，得到文件系统或者磁盘 I/O 的极限性能。
2 fio是最常用的文件系统和磁盘 I/O 性能基准测试工具
3 # 随机读
fio -name=randread -direct=1 -iodepth=64 -rw=randread -ioengine=libaio -bs=4k -size=1G -numjobs=1 -runtime=1000 -group_reporting -filename=/dev/sdb
# 随机写
fio -name=randwrite -direct=1 -iodepth=64 -rw=randwrite -ioengine=libaio -bs=4k -size=1G -numjobs=1 -runtime=1000 -group_reporting -filename=/dev/sdb
# 顺序读
fio -name=read -direct=1 -iodepth=64 -rw=read -ioengine=libaio -bs=4k -size=1G -numjobs=1 -runtime=1000 -group_reporting -filename=/dev/sdb
# 顺序写
fio -name=write -direct=1 -iodepth=64 -rw=write -ioengine=libaio -bs=4k -size=1G -numjobs=1 -runtime=1000 -group_reporting -filename=/dev/sdb
4 direct，表示是否跳过系统缓存。上面示例中，我设置的 1 ，就表示跳过系统缓存。
iodepth，表示使用异步 I/O（asynchronous I/O，简称 AIO）时，同时发出的 I/O 请求上限。在上面的示例中，我设置的是 64。
rw，表示 I/O 模式。我的示例中， read/write 分别表示顺序读 / 写，而 randread/randwrite 则分别表示随机读 / 写。i
oengine，表示 I/O 引擎，它支持同步（sync）、异步（libaio）、内存映射（mmap）、网络（net）等各种 I/O 引擎。上面示例中，我设置的 libaio 表示使用异步 I/O。
bs，表示 I/O 的大小。示例中，我设置成了 4K（这也是默认值）。
filename，表示文件路径，当然，它可以是磁盘路径（测试磁盘性能），也可以是文件路径（测试文件系统性能）
5 slat ，是指从 I/O 提交到实际执行 I/O 的时长（Submission latency）；
clat ，是指从 I/O 提交到 I/O 完成的时长（Completion latency）；
lat ，指的是从 fio 创建 I/O 到 I/O 完成的总时长。
bw ，它代表吞吐量
iops ，其实就是每秒 I/O 的次数
6 怎么才能精确模拟应用程序的 I/O 模式呢？
fio 支持 I/O 的重放。借助前面提到过的 blktrace，再配合上 fio，就可以实现对应用程序 I/O 模式的基准测试。你需要先用 blktrace ，记录磁盘设备的 I/O 访问情况；然后使用 fio ，重放 blktrace 的记录.
应用程序优化
1 可以用追加写代替随机写，减少寻址开销，加快 I/O 写的速度
2 可以借助缓存 I/O ，充分利用系统缓存，降低实际 I/O 的次数。
3 可以在应用程序内部构建自己的缓存，或者用 Redis 这类外部缓存系统
4 在需要频繁读写同一块磁盘空间时，可以用 mmap 代替 read/write，减少内存的拷贝次数。
5 在需要同步写的场景中，尽量将写请求合并，而不是让每个请求都同步写入磁盘，即可以用 fsync() 取代 O_SYNC
6 在多个应用程序共享相同磁盘时，为了保证 I/O 不被某个应用完全占用，推荐你使用 cgroups 的 I/O 子系统，来限制进程 / 进程组的 IOPS 以及吞吐量
7 使用 CFQ 调度器时，可以用 ionice 来调整进程的 I/O 调度优先级，特别是提高核心应用的 I/O 优先
文件系统优化
1 你可以根据实际负载场景的不同，选择最适合的文件系统
2 在选好文件系统后，还可以进一步优化文件系统的配置选项，包括文件系统的特性（如 ext_attr、dir_index）、日志模式（如 journal、ordered、writeback）、挂载选项（如 noatime）等等。
3 可以优化文件系统的缓存。
磁盘优化
1 最简单有效的优化方法，就是换用性能更好的磁盘，比如用 SSD 替代 HDD。
2 我们可以使用 RAID ，把多块磁盘组合成一个逻辑磁盘，构成冗余独立磁盘阵列
3 针对磁盘和应用程序 I/O 模式的特征，我们可以选择最适合的 I/O 调度算法。比方说，SSD 和虚拟机中的磁盘，通常用的是 noop 调度算法。而数据库应用，我更推荐使用 deadline 算法
4 可以对应用程序的数据，进行磁盘级别的隔离。比如，我们可以为日志、数据库等 I/O 压力比较重的应用，配置单独的磁盘
5 在顺序读比较多的场景中，我们可以增大磁盘的预读数据
1 调整内核选项 /sys/block/sdb/queue/read_ahead_kb，默认大小是 128 KB，单位为 KB。
2 使用 blockdev 工具设置，比如 blockdev --setra 8192 /dev/sdb，注意这里的单位是 512B（0.5KB），所以它的数值总是 read_ahead_kb 的两倍。
6 磁盘本身出现硬件错误，也会导致 I/O 性能急剧下降,dmesg查看是否有IO故障的日志，检测磁盘工具badblocks，smartctl。。。检测文件系统问题工具e2fsck。修复工具 fsck 。。。