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Linux下磁盘IO的监控与优化

一、监控磁盘IO工具:iostat

iostat是linux下的经典监控工具之一,可以监控系统磁盘I/O、CPU使用情况、网络等系统信息。使用iostat进行磁盘IO监控,需要在终端中输入命令:

iostat -xmt 1 10

其中,“-x”表示显示详细内容,包括CPU使用率、磁盘使用率、磁盘读写速率等,"m"表示每秒输出的数据量都是以MB为单位,"t"表示在输出中同时显示出磁盘平均响应时间和磁盘I/O的吞吐率,"1"表示每秒更新一次输出数据,"10"表示输出10次后停止。

输出结果中,每行表示一个设备的情况,包括磁盘名、高速缓存命中率等详细信息。主要关注以下几个指标:

  • rs:read sectors,每秒从磁盘读取的扇区数量;
  • ws:write sectors,每秒写入磁盘的扇区数量;
  • rMB/s:read MB per second,每秒从磁盘读取的数据量
  • wMB/s: write MB per second,每秒写入磁盘的数据量
  • await:磁盘I/O请求的平均等待时间,单位是毫秒。
  • %util:磁盘利用率。

二、磁盘IO的优化策略

1. 优化文件系统

文件系统的优化可以极大地提升磁盘I/O性能,可以采取以下策略:

  • 使用SSD(固态硬盘),以获得更快的磁盘I/O读写速率;
  • 使用较新版本的文件系统,如ext4、xfs等,可以获得更好的磁盘I/O性能;
  • 使用LVM(逻辑卷管理器)进行磁盘管理,可以提升磁盘操作的效率和弹性。

2. 增加缓存

磁盘I/O的速度取决于物理磁盘的读写速率,而磁盘缓存的使用可以将部分操作转换成更快速的内存操作,从而减少部分对磁盘的操作时间。可以通过增加缓存的大小来提升磁盘I/O性能,但是也需要权衡在缓存中存放的数据量与内存空间。

3. 避免随机I/O

在进行磁盘操作时,随机I/O的性能显著低于顺序I/O。因此尽量避免在磁盘随机访问,即使在处理随机访问时,也正确合理地使用磁盘缓存,以最小化对磁盘的I/O操作。

4. I/O合并

多个读/写请求可以进行I/O合并,将多个请求打包成一个大的请求进行磁盘操作,从而减少磁盘操作次数。可以通过IO调度程序调整I/O合并的设置,以获得最佳的性能。

5. 配置RAID

RAID(磁盘阵列)可以将数据分散存储在多个磁盘上,以提升磁盘I/O读写速率与可用性。在高负载环境下可以使用RAID 0/5/10等级来提升性能,在数据安全性要求更高的环境中可以使用RAID 1/6/10等级。

三、常见问题解决方案

1. 磁盘I/O性能低下

如果系统的磁盘I/O性能较低下,可以开始考虑以下改进措施:

  • 优化文件系统、磁盘调度策略和缓存;
  • 优化应用程序,例如减少随机I/O访问、减少文件操作频率;
  • 升级硬件设备,例如升级磁盘容量、从SATA/SAS转换到SSD等;
  • 使用RAID,并采用合适的RAID级别;
  • 使用存储区网络(SAN);
  • 网络优化,例如优化交换机或路由器数据量。

2. 磁盘I/O资源争用

当多个进程同时请求I/O资源时,将会出现I/O资源争用的情况。当出现I/O资源争用时,可以通过以下方式解决问题:

  • 使用I/O调度程序,例如CFQ(Completely Fair Queuing)调度程序、Noop等,以平衡I/O负载;
  • 使用I/O优先级,以避免一些较低优先级的进程阻塞了重要进程的I/O操作,导致整个系统的I/O性能下降;
  • 使用I/O控制器,以控制系统中各个进程的I/O访问速率和次数。

3. 磁盘空间不足

在磁盘空间不足时,可以考虑以下几个方面:

  • 删除不需要的文件或数据,以释放空间;
  • 对磁盘进行压缩,以腾出空间;
  • 添加新的磁盘或扩展磁盘,以获取更多的存储空间。