聊Linux的磁盘性能

大家了解到 Linux 存储系统 I/O 栈由文件系统层（file system layer）、通用块层（ general block layer）和设备层（device layer）构成。
其中，通用块层是 Linux 磁盘 I/O 的核心。向上，它为访问文件系统和应用程序的块设备提供了标准接口；向下，它将各种异构磁盘设备抽象为一个统一的块设备，并响应文件系统和应用程序发送的 I/O。
一：Linux 磁盘性能指标
五个常见指标：利用率、饱和度、IOPS、吞吐量和响应时间。
1：利用率（Utilization）：磁盘处理 I/O 的时间百分比。过度使用（如超过 80%）通常意味着磁盘 I/O 存在性能瓶颈。
2：饱和度（Saturation）：指磁盘处理 I/O 的繁忙程度。过度饱和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。
3：IOPS（Input/Output Per Second）：指每秒 I/O 请求的数量。
4：吞吐量（Throughput）：每秒 I/O 请求的大小。
5：响应时间（Response time）：指发送 I/O 请求和接收响应之间的间隔时间。
关于利用率，我们只考虑有无 I/O，而不考虑 I/O 的大小。也就是说，当利用率为 100% 时，磁盘仍有可能接受新的 I/O 请求。
一般来说，在为应用选择服务器时，首先要对磁盘的 I/O 性能进行基准测试，这样才能准确评估磁盘性能，以判断是否能够满足应用的需求。
当然，这需要你在随机读、顺序读、随机写、顺序写等各种应用场景下测试不同 I/O 大小（通常是 512B ~ 1MB 之间）的性能。
二：磁盘 I/O 观察
iostat 是常用的磁盘 I/O 性能观察工具。它提供了各种常用性能指标，例如每个磁盘的利用率、IOPS 和吞吐量。当然，这些指标实际上来自 /proc/diskstats。
iostat 不能直接获取磁盘的饱和度。事实上，通常没有什么简单的方法可以测量饱和度。
三：进程 I/O 观察
要观察进程的 I/O，可以使用 pidstat 和 iotop 工具。
$ pidstat -d 1
13:39:51     UID     PID   kB_rd/s   kB_wr/s kB_ccwr/s iodelay Command
13:39:52     102     916     0.00     4.00     0.00     0 rsyslogd
1：用户 ID UID 和进程 ID PID。
2：每秒读取的数据大小 kB_rd/s，以 KB 为单位。
3：每秒发出的写请求数据的大小（kB_wr/s），单位为KB。
4：每秒取消写入请求的数据大小 kB_ccwr/s，以 KB 为单位。
5：块 I/O 延迟 iodelay，包括等待同步块（synchronized block）I/O 和换入块（swap-in block）I/O 完成的时间，以时钟周期为单位。
使用 pidstat 实时查看进程磁盘 I/O 外，还有一个磁盘性能分析的常用方法是根据 I/O 大小对进程进行排序。
iotop 工具。它是一个类似于 top 的工具，您可以按 I/O 大小对进程进行排序，并找到具有更大 I/O 的进程。
$ iotop
Total DISK READ :     0.00 B/s
Total DISK WRITE :     7.85 K/s
Actual DISK READ:     0.00 B/s
Actual DISK WRITE:     0.00 B/s
TID PRIO USER   DISK READ DISK WRITE SWAPIN   IO>   COMMAND
15055 be/3 root     0.00 B/s   7.85 K/s 0.00 % 0.00 % systemd-journald
输出可以看到，前两行分别代表进程的磁盘读写总大小和磁盘的实际读写总大小。由于缓存、缓冲区、I/O 合并等因素，它们可能不相等。
剩下的部分从各个角度代表了进程的 I/O 情况，包括 线程 ID、I/O 优先级、每秒磁盘读取大小、每秒磁盘写入大小、换入百分比和等待 I/O 时钟百分比。