除了 CPU 和内存,硬盘读写(I/O)能力也是影响 Linux 系统性能的重要因素之一。本节将介绍几个可用来查看硬盘读写性能的系统命令,并教大家如何通过这些命令的输出结果,判断出当前系统中硬盘是否处于超负荷运转。

Linux 查看硬盘读写性能:sar -d 命令

《Linux sar 命令》一节,已经对 sar 命令的基本用法做了详细的介绍,这里不再赘述,接下来主要讲解如何通过 sar -d 命令分析出硬盘读写的性能。

下面是执行 sar -d 命令的输出结果样例:

[root@localhost ~]# sar -d 3 5
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (localhost) 10/25/2019 _x86_64_ (1 CPU)
06:36:52 AM DEV tps rd_sec/s wr_sec/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util
06:36:55 AM dev8-0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
06:36:55 AM DEV tps rd_sec/s wr_sec/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util
06:36:58 AM dev8-0 1.00 0.00 12.00 12.00 0.00 0.00 0.00 0.00
06:36:58 AM DEV tps rd_sec/s wr_sec/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util
06:37:01 AM dev8-0 1.99 0.00 47.76 24.00 0.00 0.50 0.25 0.05
Average: DEV tps rd_sec/s wr_sec/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util
Average: dev8-0 1.00 0.00 19.97 20.00 0.00 0.33 0.17 0.02

结合以上输出结果,可以遵循如下标准来判断当前硬盘的读写(I/O)性能:

  • 通常情况下 svctm 的大小和硬盘性能有关,其值小于 await。但需要注意的是,CPU、内存的负荷也会对 svctm 的值造成影响,过多的请求也会间接导致 svctm 值的增加。
  • await 值通常会受到 svctm、I/O 队列长度以及 I/O 请求模式的影响,如果 svctm 的值和 await 很接近,则表示几乎没有 I/O 等待,当前硬盘的性能很好;如果 await 的值远高于 svctm,则表示 I/O 队列等待太长,系统上运行的应用程序将变慢,此时可以通过更换更快的硬盘来解决问题。
  • %util 项也是衡量硬盘 I/O 性能的重要指标,即如果其值接近 100%,就表示硬盘产生的 I/O 请求太多,I/O 系统正在满负荷工作,长期这样会影响系统的性能。必要时,可以优化程序或者更换更大、更快的硬盘来解决这个问题。

Linux 查看硬盘读写性能:iostat -d 命令

通过执行 iostat -d 命令,也可以查看系统中硬盘的使用情况,如下是执行此命令的一个样例输出:

[root@localhost ~]# iostat -d 2 3
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (localhost) 10/30/2019 _x86_64_ (8 CPU)
Device: tps Blk_read/s Blk_wrtn/s Blk_read Blk_wrtn
sda 5.29 337.11 9.51 485202 13690
Device: tps Blk_read/s Blk_wrtn/s Blk_read Blk_wrtn
sda 1.00 8.00 16.00 16 32
Device: tps Blk_read/s Blk_wrtn/s Blk_read Blk_wrtn
sda 0.00 0.00 0.00 0 0

此输出结果中,我们重点看后面 4 列,它们各自表示的含义分别是:

  • Blk_read/s:表示每秒读取的数据块数;
  • Blk_wrtn/s:表示每秒写入的数据块数;
  • Blk_read:表示读取的所有块数;
  • Blk_wrtn:表示写入的所有块数。

注意,此输出结果中,第一次输出的数据是系统从启动以来直到统计时的所有传输信息,从第二次输出的数据开始,才代表在指定检测时间段内系统的传输值。

根据 iostat 命令的输出结果,我们也可以从中判断出当前硬盘的 I/O 性能。比如说,如果 Blk_read/s 的值很大,就表示当前硬盘的读操作很频繁;同样,如果 Blk_wrtn/s 的值很大,就表示当前硬盘的写操作很频繁。对于 Blk_read 和 Blk_wrtn 的大小,没有一个固定的界限,不同的系统应用对应值的范围也不同。但如果长期出现超大的数据读写情况,通常是不正常的,一定程度上会影响系统性能。

不仅如此,iostat 命令还提供了统计指定硬盘 I/O 状况的方法,即使用 -x 选项。例如:

[root@localhost ~]# iostat -x /dev/sda 2 3
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (localhost) 10/30/2019 _x86_64_ (8 CPU)
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
0.09 0.00 0.24 0.26 0.00 99.42
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rsec/s wsec/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util
sda 2.00 0.56 2.92 0.44 206.03 7.98 63.56 0.03 9.99 5.31 1.79
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
0.31 0.00 0.06 0.00 0.00 99.62
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rsec/s wsec/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util
sda 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
0.50 0.00 0.06 0.00 0.00 99.44
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rsec/s wsec/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util
sda 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

此输出结果基本和 sar -d 命令的输出结果相同,需要额外说明的几个选项的含义如下:

  • rrqm/s:表示每秒被合并的读操作数目(文件系统会对读取同一 block 块的请求进行合并)
  • wrqm/s:表示每秒被合并的写操作数目;
  • r/s:表示每秒完成读 I/O 设备的次数;
  • w/s:表示每秒完成写 I/O 设备的次数;
  • rsec/s:表示每秒读取的扇区数;
  • wsec/s:表示每秒写入的扇区数;

Linux 查看硬盘读写性能:vmstat -d 命令

使用 vmstat 命令也可以查看有关硬盘的统计数据,例如:

[root@bogon ~]# vmstat -d 3 2
disk- ------------reads------------ ------------writes----------- -----IO------
total merged sectors ms total merged sectors ms cur sec
sda 6897 4720 485618 71458 1256 1475 21842 9838 0 43
disk- ------------reads------------ ------------writes----------- -----IO------
total merged sectors ms total merged sectors ms cur sec
sda 6897 4720 485618 71458 1256 1475 21842 9838 0 43

该命令的输出结果显示了硬盘的读(reads)、写(writes)以及 I/O 的使用状态。

以上主要讲解了如何通过命令查看当前系统中硬盘 I/O 的性能,其实影响硬盘 I/O 的因素是多方面的,例如应用程序本身、硬件设计、系统自身配置等等。

要想解决硬盘 I/O 的瓶颈,关键是要提高 I/O 子系统的执行效率。比如说,首先从应用程序上对硬盘读写性能进行优化,能够放到内存中执行的操作尽量别保存到硬盘里(内存读写效率要远高于硬盘读写效率);其次,还可以对硬盘存储方法进行合理规划,选择合适的 RAID 存储方式;最后,选择适合自身应用的文件系统,必要时可以使用裸设备提高硬盘的读写性能。

在裸设备上,数据可以直接读写,不必经过操作系统级别的缓存,还可以避免文件系统级别的维护开销(文件系统需要维护超级块、I-node 块等)以及操作系统的 cache 预读功能(减少了 I/O 请求)。

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