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  • Linux如何查看与测试磁盘IO性能

    1. 查看磁盘 IO 性能 

    1.1 top 命令

    top 命令通过查看 CPU 的 wa% 值来判断当前磁盘 IO 性能,如果这个数值过大,很可能是磁盘 IO 太高了,当然也可能是其他原因,例如网络 IO 过高等。

    top命令的其他参数代表的含义详见top命令详解

    1.2 sar 命令

    sar 命令是分析系统瓶颈的神器,可以用来查看 CPU 、内存、磁盘、网络等性能。

    sar 命令查看当前磁盘性能的命令为:

    复制代码
    [root@server-68.2.stage.polex.io var ]$ sar -d -p 1 2
    Linux 3.10.0-693.5.2.el7.x86_64 (server-68)     03/11/2019     _x86_64_    (64 CPU)
    
    02:28:54 PM       DEV       tps  rd_sec/s  wr_sec/s  avgrq-sz  avgqu-sz     await     svctm     %util
    02:28:55 PM       sda      1.00      0.00      3.00      3.00      0.01      9.00      9.00      0.90
    02:28:55 PM       sdb      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    02:28:55 PM polex_pv-rootvol      1.00      0.00      3.00      3.00      0.01      9.00      9.00      0.90
    02:28:55 PM polex_pv-varvol      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    02:28:55 PM polex_pv-homevol      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    
    02:28:55 PM       DEV       tps  rd_sec/s  wr_sec/s  avgrq-sz  avgqu-sz     await     svctm     %util
    02:28:56 PM       sda      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    02:28:56 PM       sdb      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    02:28:56 PM polex_pv-rootvol      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    02:28:56 PM polex_pv-varvol      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    02:28:56 PM polex_pv-homevol      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    
    Average:          DEV       tps  rd_sec/s  wr_sec/s  avgrq-sz  avgqu-sz     await     svctm     %util
    Average:          sda      0.50      0.00      1.50      3.00      0.00      9.00      9.00      0.45
    Average:          sdb      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    Average:    polex_pv-rootvol      0.50      0.00      1.50      3.00      0.00      9.00      9.00      0.45
    Average:    polex_pv-varvol      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    Average:    polex_pv-homevol      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    复制代码

    其中, “-d”参数代表查看磁盘性能,“-p”参数代表将 dev 设备按照 sda,sdb……名称显示,“1”代表每隔1s采取一次数值,“2”代表总共采取2次数值。

    • await:平均每次设备 I/O 操作的等待时间(以毫秒为单位)。 

    • svctm:平均每次设备 I/O 操作的服务时间(以毫秒为单位)。

    • %util:一秒中有百分之几的时间用于 I/O 操作。  

    对于磁盘 IO 性能,一般有如下评判标准:

    正常情况下 svctm 应该是小于 await 值的,而 svctm 的大小和磁盘性能有关,CPU 、内存的负荷也会对 svctm 值造成影响,过多的请求也会间接的导致 svctm 值的增加。

    await 值的大小一般取决与 svctm 的值和 I/O 队列长度以 及I/O 请求模式,如果 svctm 的值与 await 很接近,表示几乎没有 I/O 等待,磁盘性能很好,如果 await 的值远高于 svctm 的值,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 项的值也是衡量磁盘 I/O 的一个重要指标,如果 %util 接近 100% ,表示磁盘产生的 I/O 请求太多,I/O 系统已经满负荷的在工作,该磁盘可能存在瓶颈。长期下去,势必影响系统的性能,可以通过优化程序或者通过更换更高、更快的磁盘来解决此问题。

    默认情况下,sar从最近的0点0分开始显示数据;如果想继续查看一天前的报告;可以查看保存在/var/log/sa/下的sar日志:

    复制代码
    [root@server-68.2.stage.polex.io var ]$ sar -d -p -f  /var/log/sa/sa11  | more
    Linux 3.10.0-693.5.2.el7.x86_64 (server-68)     03/11/2019     _x86_64_    (64 CPU)
    
    09:50:01 AM       DEV       tps  rd_sec/s  wr_sec/s  avgrq-sz  avgqu-sz     await     svctm     %util
    10:00:01 AM       sda      0.51      0.00      9.06     17.82      0.02     37.65     14.65      0.74
    10:00:01 AM       sdb      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    10:00:01 AM polex_pv-rootvol      0.22      0.00      2.50     11.56      0.01     37.44     14.10      0.31
    10:00:01 AM polex_pv-varvol      0.30      0.00      6.55     21.97      0.01     38.55     14.73      0.44
    10:00:01 AM polex_pv-homevol      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    10:10:01 AM       sda      0.79      3.45     13.18     21.06      0.04     51.81     11.03      0.87
    10:10:01 AM       sdb      0.04      3.45      0.00     86.33      0.00      0.25      0.25      0.00
    10:10:01 AM polex_pv-rootvol      0.26      0.00      3.08     11.85      0.01     50.21     17.88      0.46
    10:10:01 AM polex_pv-varvol      0.54      3.45     10.10     24.95      0.03     52.58      7.49      0.41
    10:10:01 AM polex_pv-homevol      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
    10:20:01 AM       sda      0.65      0.00     10.43     16.11      0.03     38.67     10.99      0.71
    10:20:01 AM       sdb      0.04      3.46      0.00     86.33      0.00      0.08      0.08      0.00
    复制代码

    1.3 iostat 命令

    iostat主要用于监控系统设备的 IO 负载情况,iostat 首次运行时显示自系统启动开始的各项统计信息,之后运行 iostat 将显示自上次运行该命令以后的统计信息。用户可以通过指定统计的次数和时间来获得所需的统计信息。

    复制代码
    [root@server-68.2.stage.polex.io var ]$ iostat -dxk 1 2
    Linux 3.10.0-693.5.2.el7.x86_64 (server-68)     03/11/2019     _x86_64_    (64 CPU)
    
    Device:         rrqm/s   wrqm/s     r/s     w/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await r_await w_await  svctm  %util
    sda               0.00     0.06    0.32    2.08     1.44    72.78    61.81     0.14   59.32    0.51   68.37   5.68   1.36
    sdb               0.00     0.00    0.03    0.00     1.15     0.00    86.32     0.00    0.17    0.17    0.00   0.16   0.00
    dm-0              0.00     0.00    0.00    0.24     0.02     1.56    13.22     0.01   44.55    6.36   44.71  13.25   0.32
    dm-1              0.00     0.00    0.32    1.90     1.32    71.22    65.30     0.14   62.43    0.49   72.79   4.75   1.06
    dm-2              0.00     0.00    0.00    0.00     0.00     0.00    26.79     0.00   28.06    4.68   38.98   5.18   0.00
    
    Device:         rrqm/s   wrqm/s     r/s     w/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await r_await w_await  svctm  %util
    sda               0.00     0.00    0.00    3.00     0.00    16.00    10.67     0.26   86.33    0.00   86.33  42.33  12.70
    sdb               0.00     0.00    0.00    0.00     0.00     0.00     0.00     0.00    0.00    0.00    0.00   0.00   0.00
    dm-0              0.00     0.00    0.00    0.00     0.00     0.00     0.00     0.00    0.00    0.00    0.00   0.00   0.00
    dm-1              0.00     0.00    0.00    3.00     0.00    16.00    10.67     0.26   86.33    0.00   86.33  42.33  12.70
    dm-2              0.00     0.00    0.00    0.00     0.00     0.00     0.00     0.00    0.00    0.00    0.00   0.00   0.00
    复制代码

    该命令的结果与上面  sar -d -p 1 2  命令类似,实际使用中主要还是看 await svctm %util 参数。

    1.4 vmstat 命令

     vmstat 命令使用方法很简单:

    复制代码
    [root@server-68.2.stage.polex.io var ]$ vmstat  2
    procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
     r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
     3  0      0 93221488   4176 69117136    0    0     0     1    0    0  4  1 94  0  0
     2  0      0 93226048   4176 69117128    0    0     0     0 33326 36671 18  2 80  0  0
     1  0      0 93218776   4176 69117104    0    0     0     9 26225 21588 18  2 80  0  0
     1  0      0 93226072   4176 69117072    0    0     0     0 13271 25857  5  0 94  0  0
     0  0      0 93223984   4176 69117040    0    0     0     5 34637 24444 20  2 78  0  0
    11  0      0 93219248   4176 69117184    0    0     0     0 30736 20671  8  2 90  0  0
    复制代码

    输出结果中,bi bo 可以表示磁盘当前性能:

    • bi  块设备每秒接收的块数量,这里的块设备是指系统上所有的磁盘和其他块设备,默认块大小是 1024 byte 。

    • bo 块设备每秒发送的块数量,例如我们读取文件,bo 就要大于0。bi 和 bo 一般都要接近 0,不然就是 IO 过于频繁,需要调整。

    2. 测试磁盘 IO 性能

    2.1 hdparm 命令

    hdparm 命令提供了一个命令行的接口用于读取和设置IDE或SCSI硬盘参数,注意该命令只能测试磁盘的读取速率。

    例如,测试 sda 磁盘的读取速率:

    [root@server-68.2.stage.polex.io var ]$ hdparm -Tt /dev/polex_pv/varvol
    
    /dev/polex_pv/varvol:
     Timing cached reads:   15588 MB in  2.00 seconds = 7803.05 MB/sec
     Timing buffered disk reads: 1128 MB in  3.01 seconds = 374.90 MB/sec

    从测试结果看出,带有缓存的读取速率为:7803.05MB/s ,磁盘的实际读取速率为:374.90 MB/s 。

    2.2 dd 命令

    Linux dd 命令用于读取、转换并输出数据。dd 可从标准输入或文件中读取数据,根据指定的格式来转换数据,再输出到文件、设备或标准输出。

    我们可以利用 dd 命令的复制功能,测试某个磁盘的 IO 性能,须要注意的是 dd 命令只能大致测出磁盘的 IO 性能,不是非常准确

    测试写性能命令:

    复制代码
    [root@server-68.2.stage.polex.io var ]$ time dd if=/dev/zero of=test.file bs=1G count=2 oflag=direct
    2+0 records in
    2+0 records out
    2147483648 bytes (2.1 GB) copied, 13.5487 s, 159 MB/s
    
    real    0m13.556s
    user    0m0.000s
    sys    0m0.888s 
    复制代码

    可以看到,该分区磁盘写入速率为 159M/s,其中:

    • /dev/zero 伪设备,会产生空字符流,对它不会产生 IO 。
    • if 参数用来指定 dd 命令读取的文件。
    • of 参数用来指定 dd 命令写入的文件。
    • bs 参数代表每次写入的块的大小。
    • count 参数用来指定写入的块的个数。
    • offlag=direc 参数测试 IO 时必须指定,代表直接写如磁盘,不使用 cache 。

    测试读性能命令:

    [root@server-68.2.stage.polex.io var ]$ dd if=test.file of=/dev/null  iflag=direct
    4194304+0 records in
    4194304+0 records out
    2147483648 bytes (2.1 GB) copied, 4.87976 s, 440 MB/s

    可以看到,该分区的读取速率为 440MB/s

    2.3 fio 命令

    fio 命令是专门测试 iops 的命令,比 dd 命令准确,fio 命令的参数很多,这里举几个例子供大家参考:

    顺序读:

    fio -filename=/var/test.file -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=read -ioengine=psync -bs=16k -size=2G -numjobs=10 -runtime=60 -group_reporting -name=test_r

    随机写:

    fio -filename=/var/test.file -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=psync -bs=16k -size=2G -numjobs=10 -runtime=60 -group_reporting -name=test_randw

    顺序写:

    fio -filename=/var/test.file -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=write -ioengine=psync -bs=16k -size=2G -numjobs=10 -runtime=60 -group_reporting -name=test_w

    混合随机读写:

    fio -filename=/var/test.file -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randrw -rwmixread=70 -ioengine=psync -bs=16k -size=2G -numjobs=10 -runtime=60 -group_reporting -name=test_r_w -ioscheduler=noop

    参考链接:

    https://elf8848.iteye.com/blog/2168876

    https://linuxtools-rst.readthedocs.io/zh_CN/latest/tool/sar.html

    http://blog.sina.com.cn/s/blog_62b832910102w3zt.html

    https://www.cnblogs.com/ggjucheng/archive/2013/01/13/2858810.html

    https://linux.cn/article-6104-1.html

    http://www.runoob.com/linux/linux-comm-hdparm.html

    sar –u  查看CPU使用率

    [root@localhost ~]# sar -u 
    Linux 2.6.18-194.26.1.el5 (localhost)   2012年04月29日

    09时39分42秒       LINUX RESTART

    09时40分01秒       CPU     %user     %nice   %system   %iowait    %steal     %idle 
    09时50分01秒       all         0.14      0.00          0.58          0.12         0.00       99.15 
    10时00分01秒       all         0.06      0.00          0.50          0.16         0.00       99.27 
    10时10分01秒       all         0.11      0.06          0.95          2.58         0.00       96.30 
    10时20分01秒       all         0.12      0.19          0.82          1.41         0.00       97.46 
    10时30分01秒       all         0.14      0.00          0.54          0.12         0.00       99.20 
    10时40分01秒       all         0.15      0.00          0.54          0.16         0.00       99.15 
    Average:              all         0.12      0.04          0.65          0.76         0.00       98.43


    这里:

    %user : 用户模式下消耗的CPU时间的比例;

    %nice:通过nice改变了进程调度优先级的进程,在用户模式下消耗的CPU时间的比例;

    %system:系统模式下消耗的CPU时间的比例;

    %iowait:CPU等待磁盘I/O而导致空闲状态消耗时间的比例;

    %steal:利用Xen等操作系统虚拟化技术时,等待其他虚拟CPU计算占用的时间比例;

    %idle:CPU没有等待磁盘I/O等的空闲状态消耗的时间比例;

    注:

    如果 %iowait 的值过高,表示硬盘存在I/O瓶颈 
    如果 %idle 的值高但系统响应慢时,有可能是 CPU 等待分配内存,此时应加大内存容量 
    如果 %idle 的值持续低于 10,则系统的 CPU 处理能力相对较低,表明系统中最需要解决的资源是 CPU

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