Linux 常见性能指标 -- 磁盘

本系列记录操作系统常见性能指标，写这个主要是记录也是回顾，笔记很长，拆分了几个部分，本篇记录 磁盘 的性能指标

常见概念

响应时间

简单描述：I/O 请求从发出到收到响应的间隔时间

是衡量磁盘性能的关键指标，响应时间越短，说明磁盘的处理速度越快。响应时间受到磁头寻道时间、数据传输速度和缓存大小等因素的影响。

使用率

简单描述：磁盘处理 I/O 的时间百分比

过高的使用率，比如超过 80%，通常意味着磁盘 I/O 存在性能瓶颈，使用率是从时间角度衡量I/O，但是磁盘还可以支持并行写，所以即使使用率100%，有可能还可以接收新的I/O（不饱和）

IOPS

简单描述：（Input/Output Per Second），是指每秒的 I/O 请求数

IOPS 越高，说明磁盘在同等时间内能处理更多的读写请求。IOPS 受到磁盘转速、缓存大小和控制器性能等因素的影响。

吞吐量

简单描述：每秒的 I/O 请求大小，通常用字节/秒或数据块/秒来表示。

吞吐量越高，说明磁盘的处理能力越强。吞吐量受到磁盘转速、数据传输速度和缓存大小等因素的影响。

饱和度

简单描述：磁盘处理 I/O 的繁忙程度

过高的饱和度，意味着磁盘有严重的性能瓶颈。当饱和度为 100% 时，磁盘无法接受新的 I/O 请求

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观察工具

iostat 磁盘IO观测

iostat - Report Central Processing Unit (CPU) statistics and input/output statistics for devices and partitions.

展示CPU的统计信息以及磁盘和分区的IO统计信息

iostat 可以同时看到磁盘IO和CPU的数据，主要用来缩小IO分析范围，这些软件第一版信息一般都是不是我们需要的数据，差异太大，主要看后续实时的数据。

iostat 参数：
数据展示
    -c     Display the CPU utilization report.
    -d     Display the device utilization report.
    -h     Make the Device Utilization Report easier to read by a human.
    -x     Display extended statistics. 显示全部参数

指定磁盘或分区
    -p    可以指定磁盘设备，会显示这个块设备和块设备的分区信息

结果解释：

默认 

• tps（transactions per second）：每秒事务数，表示磁盘或操作系统每秒处理的输入/输出操作数。事务可以包括读取和写入操作。
• kB_read/s：每秒读取的字节数，以千字节（KB）为单位。它表示磁盘或操作系统每秒从磁盘读取的数据量。
• kB_wrtn/s：每秒写入的字节数，以千字节（KB）为单位。它表示磁盘或操作系统每秒向磁盘写入的数据量。
• kB_read：读取的字节数，以千字节（KB）为单位。它表示磁盘或操作系统从磁盘读取的总数据量。
• kB_wrtn：写入的字节数，以千字节（KB）为单位。它表示磁盘或操作系统向磁盘写入的总数据量。

扩展 -x 

• r/s：每秒读取操作次数，表示磁盘读取数据的平均速度
• w/s：每秒写入操作次数，表示磁盘写入数据的平均速度
• rkB/s：每秒读取操作的吞吐量，以字节（B）为单位
• wkB/s：每秒写入操作的吞吐量，以字节（B）为单位
• rrqm/s：每秒读取请求次数，表示磁盘读取数据的平均请求次数
• wrqm/s：每秒写入请求次数，表示磁盘写入数据的平均请求次数
• %rrqm：读取请求占所有请求的比例，用于表示磁盘读取操作的负载情况
• %wrqm：写入请求占所有请求的比例，用于表示磁盘写入操作的负载情况
• r_await：平均读取等待时间，表示磁盘读取数据时，从发出请求到开始读取数据的时间
• w_await：平均写入等待时间，表示磁盘写入数据时，从发出请求到开始写入数据的时间
• aqu-sz：平均磁盘队列长度，表示磁盘等待处理的请求数量
• rareq-sz：平均读取请求大小，表示磁盘读取数据的平均请求大小
• wareq-sz：平均写入请求大小，表示磁盘写入数据的平均请求大小
• svctm：平均服务时间，表示磁盘处理读写请求的平均时间
• %util：磁盘使用率，表示磁盘资源被使用的比例

iostat -d -x 5

还记得IOPS吗，每秒的 I/O 请求数，那应该是rrqm/s + wrqm/s 

使用率: %util，磁盘处理IO的时间百分比，100%不等于IO饱和

吞吐量: rkB/s+wkB/s 每秒磁盘的读写量KB

响应时间: r_await+w_await 读写请求处理完成等待时间，毫秒

pidstat 进程IO观测

这个是我们常见的进程性能观测软件了，默认CPU、-r 内存、-d 磁盘，还有印象不

pidstat - Report statistics for Linux tasks.    Linux 进程统计信息输出

pidstat -d 5 3      每5秒显示所有有IO的进程的状态，显示3次
    用户 ID（UID）和进程 ID（PID） 
    进程每秒从磁盘读取的数据大小（kB_rd/s） ，单位是 KB
    进程每秒发出的写请求数据大小，包括将要写入的（kB_wr/s） ，单位是 KB
    每秒取消的写入磁盘请求数据大小（kB_ccwr/s） ，单位是 KB
    块 I/O 延迟（iodelay），包括等待同步块 I/O 和换入块 I/O 结束的时间，单位是时钟周期

可以通过pidstat -d 来查找读写数据量很大的进程，然后依据pwdx 找到这个进程的工作目录，来定位到实际在运行的进程。

iotop 类似top的IO监控

通过iotop可以动态的监控进程和内核的IO情况，帮助排查是用户态还是内核态进程读写较高。

iotop - simple top-like I/O monitor    简单的类似top的IO监控

iotop                    # 动态展示，适合查看
iotop -k -b -n2          # 静态打印，适合保存
    -k 单位kb
    -b 打开非交互模式
    -n2  迭代次数2次
    TID 指线程ID 交互模式下，按p转进程PID
    -P Only show processes. Normally iotop shows all threads.
    -u：监控指定用户的 I/O 操作

简单测试一下，效果还是很明显 

# 写入磁盘
dd if=/dev/zero of=/tmp/test_block bs=100M count=50
# iotop
4011116 be/4 root        0.00 B/s   94.64 M/s dd if=/dev/zero of=/tmp/test_block bs=100M count=50

PRIO 显示了进程或线程的优先级，在 Linux 系统中，进程的抢占优先级由 0（最高优先级）到 255（最低优先级）之间。数值越小，优先级越高。

在 Linux 系统中，实时进程具有比普通进程更高的优先级，可以优先获得 CPU 时间片。抢占优先级则决定了进程在多任务环境下的调度顺序。

"be" 表示这是一个后台进程（Background process）

"rt" 表示该进程的实时优先级（real-time priority）

"be/4" 表示这个后台进程的抢占优先级是4

至此，我们大概能用上这几个IO的排查命令了，可以通过iostat 初步判断哪个块设备存在IO异常，通过 pidstat -d 来分析进程的IO，通过 iotop -k -b -n2 来记录进程的IO性能用来翻看历史状态。

不过，需要注意，iotop -k -b -n2 这个命令结果写入文件本身会产生较高的IO写入，建议先测试一下监控内容是否可以过滤，减少监控IO性能对应用运行的影响。