为什么IO会导致CPU使用率飙升

IO会导致CPU飙升的原因

服务器的IO高会导致CPU飙升的原因有以下几点：

• IO密集型的程序需要频繁地从磁盘或网络读写数据，这些操作会消耗CPU的时间和资源。
• IO操作不会立即完成，而是需要等待数据准备好或者传输完成，这期间CPU会切换到其他进程或线程，导致上下文切换的开销。
• IO操作会触发中断，中断会打断CPU的正常运行，使得CPU要处理中断请求和恢复执行状态，这也会增加CPU的负担。
• IO操作会影响内存的使用，如果内存不足，会导致虚拟内存的使用，进而增加磁盘IO的压力，形成一个恶性循环。

因此，服务器的IO高会导致CPU飙升，影响系统的性能和稳定性。为了避免这种情况，可以采用一些优化措施，比如使用异步IO、IO多路复用、缓存、批量处理等。

如何查看IO使用情况

Linux的IO使用情况可以通过一些命令或工具来查看，比如：

• top命令：可以查看CPU的IO等待时间百分比，如果高于30%，说明IO压力高。
• vmstat命令：可以查看内存，交换，IO，系统和CPU的统计信息，比如每秒读写的块数，每秒的中断数，每秒的环境切换次数等。
• iostat命令：可以查看每个设备的IO性能，比如每秒的读写请求数，每秒的读写数据量，平均每次IO操作的数据量，平均每次IO请求的等待时间和处理时间等。
• iotop命令：可以查看每个进程或线程的IO活动，比如每秒的读写数据量，IO百分比，涉及到的命令等。
• pt-ioprofile命令：可以查看某个进程的IO分析，比如IO的吞吐量，IO的大小分布，IO的时间分布等。

如何优化IO

Linux IO优化是一个涉及多个层面的问题，包括应用程序优化，文件系统优化，磁盘优化，IO调度器优化等。下面简要介绍一些常用的优化思路：

• 应用程序优化

  • 可以使用追加写代替随机写，减少寻址开销，加快IO写的速度
  • 可以借助缓存IO，充分利用系统缓存，降低实际IO的次数
  • 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
  • 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
  • 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，即可以利用fsync()取代O_SYNC
  • 在使用CFQ调度器时，可以用ionice来调整进程的IO调度优先级，特别是提高核心应用的IO优先级
  • 在多个应用程序共享相同磁盘时，为了保证IO不被某个应用完全占用，推荐使用cgroups的IO子系统，来限制进程/进程组的IOPS以及吞吐量

• 文件系统优化

  • 可以选择合适的文件系统类型，比如ext4，xfs，btrfs等，根据不同的应用场景和性能需求
  • 可以定期检查和修复文件系统的错误，避免文件系统损坏导致的IO性能下降
  • 可以定期清理文件系统的碎片，提高文件系统的空间利用率和连续性
  • 可以调整文件系统的参数，比如块大小，预读大小，日志大小，挂载选项等，以适应不同的IO负载

• 磁盘优化

  • 可以选择合适的磁盘类型，比如机械磁盘，固态磁盘，网络磁盘等，根据不同的性能和成本需求
  • 可以选择合适的磁盘架构，比如直接磁盘，RAID，网络存储集群等，根据不同的容量，可靠性和可扩展性需求
  • 可以选择合适的磁盘接口，比如IDE，SCSI，SAS，SATA，FC等，根据不同的传输速度和兼容性需求
  • 可以定期检查和更换磁盘，避免磁盘故障导致的IO性能下降或数据丢失

• IO调度器优化

  • 可以选择合适的IO调度器类型，比如noop，deadline，cfq等，根据不同的磁盘类型和IO负载
  • 可以调整IO调度器的参数，比如队列深度，过期时间，时间片大小，优先级等，以适应不同的IO场景
  • 可以动态切换IO调度器，根据不同的IO需求