25 | 基础篇：Linux 磁盘I/O是怎么工作的（下）

倪朋飞

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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）
2019-01-17
4
28
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
2019-01-16

16
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
2019-01-16
2
8
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
2019-04-03
3
7
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
2019-01-21
2
6
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
2019-02-10
3
4
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？
2019-01-18
2
4
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
2019-03-24

2
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
2019-03-24
3
1
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
2019-01-17
2
1

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