Linux 磁盘IO

Linux 内核支持四种 I/O 调度算法，分别是 NONE、NOOP、CFQ 以及 DeadLine。

• 第一种 NONE ，更确切来说，并不能算 I/O 调度算法。因为它完全不使用任何 I/O 调度器，对文件系统和应用程序的 I/O 其实不做任何处理，常用在虚拟机中（此时磁盘 I/O 调度完全由物理机负责）。* 第二种 NOOP ，是最简单的一种 I/O 调度算法。它实际上是一个先入先出的队列，只做一些最基本的请求合并，常用于 SSD 磁盘。
• 第三种 CFQ（Completely Fair Scheduler），也被称为完全公平调度器，是现在很多发行版的默认 I/O 调度器，它为每个进程维护了一个 I/O 调度队列，并按照时间片来均匀分布每个进程的 I/O 请求。类似于进程 CPU 调度，CFQ 还支持进程 I/O 的优先级调度，所以它适用于运行大量进程的系统，像是桌面环境、多媒体应用等。
• 第四种 DeadLine 调度算法，分别为读、写请求创建了不同的 I/O 队列，可以提高机械磁盘的吞吐量，并确保达到最终期限（deadline）的请求被优先处理。DeadLine 调度算法，多用在 I/O 压力比较重的场景，比如数据库等。

说到磁盘性能的衡量标准，必须要提到五个常见指标（使用率、饱和度、IOPS、吞吐量以及响应时间）

• 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。

这里要注意的是，使用率只考虑有没有 I/O，而不考虑 I/O 的大小。换句话说，当使用率是 100% 的时候，磁盘依然有可能接受新的 I/O 请求。

推荐用性能测试工具 fio ，来测试磁盘的 IOPS、吞吐量以及响应时间等核心指标。

通过iostat -d -x 1来观察每个磁盘的使用率、IOPS、吞吐量等各种常见的性能指标，当然，这些指标实际上来自 /proc/diskstats。

从 iostat 并不能直接得到磁盘饱和度。事实上，饱和度通常也没有其他简单的观测方法，不过，你可以把观测到的，平均请求队列长度或者读写请求完成的等待时间，跟基准测试的结果（比如通过 fio）进行对比，综合评估磁盘的饱和情况。

要观察进程的 I/O 情况，你还可以使用 pidstat 和 iotop 这两个工具。
参考：https://www.kernel.org/doc/Documentation/iostats.txt

pidstat -d 1

用户 ID（UID）和进程 ID（PID）。
每秒读取的数据大小（kB_rd/s） ，单位是 KB。
每秒发出的写请求数据大小（kB_wr/s） ，单位是 KB。
每秒取消的写请求数据大小（kB_ccwr/s） ，单位是 KB。
块 I/O 延迟（iodelay），包括等待同步块 I/O 和换入块 I/O 结束的时间，单位是时钟周期。

iotop

是一个类似于 top 的工具，你可以按照 I/O 大小对进程排序，然后找到 I/O 较大的那些进程。

filetop

它是 bcc 软件包的一部分，基于 Linux 内核的 eBPF（extended Berkeley Packet Filters）机制，主要跟踪内核中文件的读写情况，并输出线程 ID（TID）、读写大小、读写类型以及文件名称。安装后 bcc 工具，就全部安装到了 /usr/share/bcc/tools 这个目录中。

# 切换到工具目录, -C 选项表示输出新内容时不清空屏幕
cd /usr/share/bcc/tools 
./filetop -C 

opensnoop

同属于 bcc 软件包，可以动态跟踪内核中的 open 系统调用。eg:

opensnoop 

12280  python              6   0 /tmp/9046db9e-fe25-11e8-b13f-0242ac110002/650.txt 
12280  python              6   0 /tmp/9046db9e-fe25-11e8-b13f-0242ac110002/651.txt 
12280  python              6   0 /tmp/9046db9e-fe25-11e8-b13f-0242ac110002/652.txt 

strace

-f表示跟踪子进程和子线程，-T表示显示系统调用的时长，-tt表示显示跟踪时间$

strace -f -T -tt -p 9085