25 | 基础篇:Linux 磁盘I/O是怎么工作的(下)
倪朋飞
该思维导图由 AI 生成,仅供参考
你好,我是倪朋飞。
上一节我们学习了 Linux 磁盘 I/O 的工作原理,并了解了由文件系统层、通用块层和设备层构成的 Linux 存储系统 I/O 栈。
其中,通用块层是 Linux 磁盘 I/O 的核心。向上,它为文件系统和应用程序,提供访问了块设备的标准接口;向下,把各种异构的磁盘设备,抽象为统一的块设备,并会对文件系统和应用程序发来的 I/O 请求,进行重新排序、请求合并等,提高了磁盘访问的效率。
掌握了磁盘 I/O 的工作原理,你估计迫不及待想知道,怎么才能衡量磁盘的 I/O 性能。
接下来,我们就来看看,磁盘的性能指标,以及观测这些指标的方法。
磁盘性能指标
说到磁盘性能的衡量标准,必须要提到五个常见指标,也就是我们经常用到的,使用率、饱和度、IOPS、吞吐量以及响应时间等。这五个指标,是衡量磁盘性能的基本指标。
使用率,是指磁盘处理 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。
饱和度,是指磁盘处理 I/O 的繁忙程度。过高的饱和度,意味着磁盘存在严重的性能瓶颈。当饱和度为 100% 时,磁盘无法接受新的 I/O 请求。
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 I/O 请求从发出到收到响应的间隔时间。
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本文深入介绍了Linux磁盘I/O性能评估的重要性以及相关工作原理和性能指标。文章重点介绍了磁盘性能指标的使用率、饱和度、IOPS、吞吐量和响应时间,并强调了综合分析的重要性。此外,还介绍了性能测试工具fio的使用方法,以及观测磁盘I/O性能的常用工具iostat、pidstat和iotop。这些工具可以帮助用户实时监测磁盘的使用情况和进程的I/O情况,从而更好地评估系统的整体性能。总的来说,本文内容丰富,涵盖了磁盘I/O性能测试的基本知识和实用工具的使用方法,对于需要深入了解Linux系统磁盘I/O性能的读者具有一定的参考价值。
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- 每天晒白牙【D25打卡】 总结: 磁盘性能检测指标: 使用率:磁盘处理I/O的时间百分比,使用率只考虑有没有I/O,不考虑I/O的大小。注意当使用率为100%时,由于可能存在并行I/O,磁盘并不一定饱和,所以磁盘仍然可能接收新的I/O请求 饱和度:磁盘处理I/O的繁忙程度,注意当饱和度为100%时,磁盘不能接收新的I/O请求 吞吐量:每秒I/O请求大小 IOPS:Input/Output Per Second 每秒的I/O请求数 响应时间:I/O请求从发出到收到响应的间隔时间 不孤立比较某项指标,结合读写比例、I/O类型(随机还是连续)以及I/O大小综合分析 例如:随机读写:多关注IOPS 连续读写:多关注吞吐量 服务器选型时,对磁盘I/O性能进行基础测试,使用 fio 磁盘I/O观测:iostat 进程I/O观测:pidstat,iotop 指导:遇到I/O性能时,先通过iostat查看磁盘整体性能,然后用pidstat或iotop定位到具体的进程 疑惑: 对磁盘的使用率和饱和度还是没太理解,比如说磁盘的使用率达到100%,由于并行I/O,不一定饱和了,所以还可能接收新的I/O请求,还希望老师再指点下。
作者回复: 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)
2019-01-17428 - Christmas一趟调度法,电梯调度法等调度是发生在磁盘控制器硬件上的吗?通用块层的调度是os级别的对吧?
作者回复: 是的
2019-01-1616 - Cranliu关于磁盘的饱和度,有没有经验值可以参考下呢?谢谢
作者回复: 饱和度一般没法直接观测到,所以一般是通过实际观测值跟基准测试结果对比来分析
2019-01-1628 - Boy-struggle老师,如何根据系统调用判断IO为随机还是顺序,IO 的位置怎么体现,希望老师可以结合案例具体讲解一下,多谢!
作者回复: 最简单的方法是根据系统调用判断I/O读写的相对位置
2019-04-0337 - 程序员历小冰请问作者对《性能之垫-洞悉系统、企业和云计算》这本书的看法?适合作为工具书,用于查阅;还是可以进行通篇学习
作者回复: 建议学习一下各个章节的基本原理和思路,剩下的工具部分作为手册参考。不过有些工具过时了,使用的时候要注意
2019-01-2126 - 麋鹿在泛舟仲鬼 2019-01-25 2 "r_await+w_await ,就是响应时间" 对这句表述有怀疑。 r_await、w_await分别是读、写请求的平均等待时间,二者相加什么都不是。因为a/b + c/d不等于(a+c)/(b+d)。 展开 作者回复: 从公式上是这样,但间隔时间相同的时候呢? man手册解释await是平均等待时间,我理解意思是toal wait time / total req number,跟间隔时间无关 ----------------------------------------------- "r_await、w_await分别是读、写请求的平均等待时间"基于读写的平均等待时间没错,但是结果也是基于一定的时间范围内的,比如说过去1s,过去5s,显然间隔时间无论设置成多少,都是一样的. 即a/t + b/t = (a+b)/t
作者回复: 是的
2019-02-1034 - 仲鬼"r_await+w_await ,就是响应时间" 对这句表述有怀疑。 r_await、w_await分别是读、写请求的平均等待时间,二者相加什么都不是。因为a/b + c/d不等于(a+c)/(b+d)。
作者回复: 从公式上是这样,但间隔时间相同的时候呢?
2019-01-1824 - Vincent随机io和顺序io就跟数据结构有关系了吧?比如数组和链表。除了通过代码判断是随机io还是顺序io 系统有什么工具可以判断吗?
作者回复: 数组和链表还是内存中的数据结构,I/O是指跟磁盘的交互。跟踪进程的系统调用或者磁盘的I/O,根据读写的相对位置可以判断
2019-03-242 - 挺直腰板老师,如何知道是随机IO还是顺序IO,两者性能差还是蛮大
作者回复: 可以通过系统调用观察I/O的相对位置
2019-03-2431 - fran712请问将/dev/sda直接挂载到某个目录和将磁盘只一个分区后,/dev/sda1挂载到某个目录,这两种挂载的区别是什么?
作者回复: 区别是你怎么创建文件系统的,是使用分区还是整块磁盘
2019-01-1721
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