2.什么是I/O wait?

1.感言

　　I/O是学习linux操作系统重要的一节，特别是想要对linux进行优化的时候，还有在生产环境中i/O也是判断系统稳定性的重要的性能指标。

2.磁盘

　　如果要想搞懂io，我们必须要先搞懂磁盘(硬盘)，硬盘大家都知道就是存储数据的介质，我们可以将数据存储到里面，也可以将数据从磁盘(硬盘)里面取出，具体的磁盘结构这里我不再累述，想要知道的可以去读计算机组成原理，磁盘主要有两种：一种是HDD硬盘机械硬盘)，另一种是SSD硬盘(固态硬盘)。

　　HDD硬盘：即机械硬盘，用的是SATA 3.0的接口，日常使用的HDD硬盘的传输率，差不多在200MB/s。

　　SSD（ Crucial MX500型号）：即固态硬盘，有SATA3.0、PCI Express两种接口，硬盘的数据传输速率能到差不多 500MB/s，比 HDD 的硬盘快了一倍不止。

　　不过 SATA 接口的硬盘，差不多到这个速度，性能也就到顶了。因为 SATA 接口的速度也就这么快(接口差异会显示磁盘的传输速率)。

　　查看网络资料来看，运行 AS SSD 测算 SATA 接口 SSD 硬盘性能的结果 read:503MB/s    write:440MB/s左右，而采用的PCI Express 的接口能够更快，read: 2334MB/S  write : 1222MB/S,

　　---------关于测磁盘性能，这个找个时间玩玩------

3.磁盘Io

　 磁盘Io的性能指标主要有两种：

• 数据传输率
• 响应时间

　 其中数据传输速率如上述所说取决于硬盘类型和接口类型，而响应时间一般也是由上述的两种因素决定的。

    3.1 随机读写

　　 如果我们只看磁盘的响应时间的话，两种硬盘的响应时间都听不错的(上述测的HDD的Acc.time 读在0.086ms,写在0.048ms),因此即使是一个HDD硬盘在接受cpu请求时，也能在很短的时间能就能响应。

　　按照这个思路，如果我使用的HDD硬盘，数据传输速率是200M/s ,比如说往数据库中写数据，假设一条记录是1k,那么每秒可以想数据库插入的记录数为：200*1024/1=20w条记录，但是往往这个理论值又和实际往往是不符合的。其最大原因在于磁盘的顺序读写与随机读写。

　　而以上所说的200MB/S和500MB/S其实都是顺序读写的速度，但是在随机读写，使用PCI Express的接口，随机读写的时候，数据的传输只能到40MB/s左右，是顺序读写情况下的几十分之一，我们拿这个 40MB/s 和一次读取 4KB 的数据算一下，40MB / 4KB = 10,000，一秒之内，这块 SSD 硬盘可以随机读取 1 万次的 4KB 的数据。如果是写入的话呢，会更多一些，90MB /4KB 差不多是 2 万多次。

　　每次输入和输出的次数，称之为IPOS，这个比响应时间更为重要。

　　IOPS和DTR（Data Transfer Rate，数据传输率）是输入和输出性能的核心指标。

　　在我们实际的开发中，对于数据的访问，更多的是随机访问数据的，平时所说的‘并发’，其实在说，会有多个不同的请求来访问服务器，自然它们会去访问磁盘上的数据，该访问方式是随机的。

　　一般地说HDD硬盘的IOPS大约在100左右。

　3.2 I/O瓶颈

　　上面说到通常HDD硬盘的IOPS一般在100左右，而使用PCI Express 的接口SSD硬盘的IOPS一般在2w左右，然而主频在2GHz的cpu，它每秒可以做20亿的操作(指令)，即使 CPU 向硬盘发起一条读写指令，需要很多个时钟周期，一秒钟 CPU 能够执行的指令数，和我们硬盘能够进行的操作数，也有好几个数量级的差异，这也是为什么，我们在应用开发的时候往往会说“性能瓶颈在 I/O 上”。因为很多时候，CPU 指令发出去之后，不得不去“等”我们的 I/O 操作完成，才能进行下一步的操作。此时我们通过工具iostat命令查看iowait这个指标，从而知道了CPU 等待 IO 完成操作花费的时间占 CPU 的百分比。

4.总结

　　硬盘的两个核心指标：响应时间和数据传输率，通过这两个指标可以理解IO性能问题。

• 顺序读写的情况下，无论是HDD硬盘还是SSD硬盘，性能都是不错的
• 随机读写的情况下，性能都不太高，使用PCI Express 接口的 SSD 硬盘，IOPS(每秒钟能够输入和输出的操作次数)也就只是到了2万左右。这个操作和CPU每秒20亿次的操作比起来，差的远了，所以很多时候，我们的程序对外响应慢，都是CPU在等待IO操作完成。

　　在Linux下，可以通过这样的方式定位IO问题

• 使用top命令，查看整个服务器的负载，应用响应慢的时候，通过这个命令来看CPU是否在等待IO完成自己的操作。
• 可以通过iostat这个命令，来看各个硬盘这个时候的读写情况。
• iotop这个命令，能够帮我们定位到底哪一个进程在进行大量的IO操作