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Linux作為一種高效、穩(wěn)定、安全的操作系統(tǒng)，一直在企業(yè)級(jí)應(yīng)用中扮演著重要角色。然而，如果沒(méi)有正確的調(diào)優(yōu)策略，Linux系統(tǒng)的性能也會(huì)出現(xiàn)瓶頸。其中，IO性能是一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題。所以，本篇文章將介紹如何利用IO壓測(cè)工具，進(jìn)一步了解Linux IO性能問(wèn)題，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。
1. 什么是IO壓測(cè)
IO壓測(cè)通常指對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備（如磁盤、固態(tài)硬盤等）進(jìn)行測(cè)試，用以評(píng)估存儲(chǔ)設(shè)備的性能。一般情況下，IO壓測(cè)包括三個(gè)主要指標(biāo)：IOPS（Input/Output Operations Per Second）、帶寬和延遲。其中，IOPS是指每秒鐘的輸入輸出操作次數(shù)，帶寬是指數(shù)據(jù)傳輸速率，而延遲則是指從發(fā)出IO請(qǐng)求到響應(yīng)的時(shí)間。
2. IO壓測(cè)的意義
在企業(yè)級(jí)應(yīng)用中，IO性能往往是系統(tǒng)性能的瓶頸之一。通過(guò)進(jìn)行IO壓測(cè)，可以深入了解系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備的性能狀況，找到存儲(chǔ)設(shè)備存在的問(wèn)題，并且及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，IO壓測(cè)也可以在購(gòu)買新設(shè)備時(shí)，對(duì)不同廠商的存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行對(duì)比，選擇最適合當(dāng)前系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備。
3. IO壓測(cè)工具
目前，已有許多IO壓測(cè)工具可供選擇。以下為常用的幾種工具：
3.1 FIO
FIO快速輸入輸出測(cè)試工具，是一種多線程、多模式、可配置的IO壓測(cè)工具。使用FIO可以模擬各種IO模式，如隨機(jī)讀寫、順序讀寫、混合讀寫等，具有較高的靈活性。
3.2 IOR
IOR是一款基于MPI的IO壓測(cè)工具，主要用于測(cè)試高性能計(jì)算中的并行文件系統(tǒng)。它可以模擬常見(jiàn)的IO模式，如隨機(jī)讀寫、順序讀寫、混合讀寫等。
3.3 IOzone
IOzone是一種跨平臺(tái)的文件系統(tǒng)和IO壓力測(cè)試工具，可以測(cè)試不同大小的文件、不同的讀寫模式等。IOzone支持Windows、Linux、Unix等多種操作系統(tǒng)。
4. 如何進(jìn)行IO壓測(cè)
在進(jìn)行IO壓測(cè)之前，需要注意以下幾個(gè)方面：
· 在進(jìn)行IO壓測(cè)時(shí)，應(yīng)該先停止所有非必要的應(yīng)用程序，并且更好不要在系統(tǒng)上執(zhí)行其他任務(wù)。
· 在進(jìn)行IO壓測(cè)時(shí)，應(yīng)該使用一臺(tái)干凈的測(cè)試服務(wù)器。
· 在進(jìn)行IO壓測(cè)之前，應(yīng)該設(shè)置好測(cè)試環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)，如全局并發(fā)數(shù)、測(cè)試文件大小、測(cè)試時(shí)間等。
接下來(lái)，我們以FIO為例，介紹如何進(jìn)行IO壓測(cè)：
4.1 安裝FIO
FIO是Linux系統(tǒng)下的一款I(lǐng)O壓測(cè)工具，可以通過(guò)以下命令進(jìn)行安裝：
sudo apt-get install fio
4.2 編寫測(cè)試腳本
通過(guò)編寫測(cè)試腳本，可以模擬不同的IO模式，從而測(cè)試存儲(chǔ)設(shè)備的性能狀況。以下為一段FIO的測(cè)試腳本：
[global]
ioengine=libo
iodepth=32
runtime=60
time_based
[read]
bs=4k
rw=read
size=1G
numjobs=16
[write]
bs=4k
rw=write
size=1G
numjobs=16
上述腳本中，使用了libo引擎，I/O深度為32，運(yùn)行時(shí)間為60秒。讀取測(cè)試的塊大小為4KB，讀取4KB塊大小的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行16個(gè)作業(yè)。寫入測(cè)試也與讀取測(cè)試類似。
4.3 運(yùn)行測(cè)試腳本
運(yùn)行測(cè)試腳本，可以得到測(cè)試結(jié)果。以下為一段測(cè)試結(jié)果：
read: IOPS=1691, BW=6766KiB/s (6933kB/s)(1024MiB/152579msec)
write: IOPS=2023, BW=8389KiB/s (8590kB/s)(1024MiB/122259msec)
上述結(jié)果表明，此次測(cè)試中，讀取的IOPS為1691次/秒，帶寬為6766KiB/s；寫入的IOPS為2023次/秒，帶寬為8389KiB/s。
5. IO壓測(cè)的優(yōu)化策略
通過(guò)IO壓測(cè)，可以了解存儲(chǔ)設(shè)備的性能狀況，找到存儲(chǔ)設(shè)備存在的問(wèn)題，進(jìn)而針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化。以下為一些IO優(yōu)化策略：
5.1 RD配置
RD可以提高磁盤的冗余度，增加數(shù)據(jù)的可靠性。通過(guò)RD 0（條帶化），可以提高磁盤的性能，但是犧牲了數(shù)據(jù)的冗余性；通過(guò)RD 1（鏡像），數(shù)據(jù)冗余性得到了保證，但是大大降低了磁盤讀寫的性能；通過(guò)RD 5/6（糾錯(cuò)碼），既有數(shù)據(jù)的冗余性，又保證了一定的數(shù)據(jù)讀寫性能。
5.2 設(shè)備的優(yōu)化
對(duì)于存儲(chǔ)設(shè)備的優(yōu)化，可以采取以下措施：
· 使用高性能的磁盤。
· 適當(dāng)增加磁盤數(shù)量，提高磁盤并發(fā)讀寫能力。
· 選擇合適的文件系統(tǒng)，不同的文件系統(tǒng)在讀寫性能方面有所差異。
· 避免使用Swap分區(qū)，因?yàn)镾wap分區(qū)會(huì)降低系統(tǒng)性能。
5.3 系統(tǒng)優(yōu)化
對(duì)于系統(tǒng)的優(yōu)化，可以考慮以下方面：
· 設(shè)置內(nèi)核參數(shù)，控制系統(tǒng)的I/O操作；
· 避免頻繁修改文件系統(tǒng)中的文件；
· 關(guān)閉不必要的文件系統(tǒng)功能，如Journaling等。
結(jié)語(yǔ)
如何優(yōu)化Linux系統(tǒng)的IO性能，是企業(yè)級(jí)應(yīng)用中常見(jiàn)的問(wèn)題。通過(guò)使用IO壓測(cè)工具，可以深入了解系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備的性能狀況，找到存儲(chǔ)設(shè)備存在的問(wèn)題，進(jìn)而針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，通過(guò)采取一些優(yōu)化策略，如RD配置、設(shè)備優(yōu)化、系統(tǒng)優(yōu)化等，可以進(jìn)一步提升系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。
相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：
- 磁盤性能壓測(cè)二三事之——性能參數(shù)和指標(biāo)
- linux怎樣用腳本監(jiān)控相應(yīng)機(jī)器的io
磁盤性能壓測(cè)二三事之——性能參數(shù)和指標(biāo)
摘要： 本文就將通過(guò)對(duì)磁盤性能測(cè)試指標(biāo)及參數(shù)的介紹，來(lái)理解以上兩個(gè)原因?yàn)槭裁磿?huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果有影響。
近日工作中遇到了一個(gè)磁盤壓測(cè)時(shí)性能上不去的問(wèn)題，經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)原因有以下幾個(gè)方面：
1 測(cè)試參數(shù)春滲的選擇
2 業(yè)務(wù)邏輯未關(guān)閉
本文就將通過(guò)對(duì)磁盤性能測(cè)試指標(biāo)及參數(shù)的介紹，來(lái)理解以上兩個(gè)原因?yàn)槭裁磿?huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果有影響。
首先來(lái)介紹一下磁盤性能的測(cè)試指標(biāo)。
最常用的磁盤性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有兩個(gè)：IOPS和吞吐量（throughput）。IOPS是Input/Output Per Second的縮寫，它表示單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)能處理的I/O請(qǐng)求數(shù)量，即每秒鐘系統(tǒng)能處理的讀寫次數(shù)。
吞吐量衡量單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)能處理的數(shù)據(jù)的體量，即每秒鐘磁盤上能讀寫出的數(shù)據(jù)量的大小，通常以kB/s或MB/s為單位。
兩個(gè)指標(biāo)相互獨(dú)立，又相互關(guān)聯(lián)，在不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，側(cè)重關(guān)注的指標(biāo)也有所不同。
對(duì)于文件尺寸小，隨機(jī)讀寫比較多的場(chǎng)合，比如在線交易處理系統(tǒng)，我們傾向于更關(guān)注IOPS，因?yàn)槲覀兏诤醯氖敲棵腌娔芴幚矶嗌贄l交易。
而對(duì)于文件尺寸較大，順序讀寫比較多的場(chǎng)合，比如視頻播放服務(wù)，數(shù)據(jù)吞吐量將會(huì)成為我們主要的考量指標(biāo)。
舉個(gè)例子來(lái)幫助我們更好的理解這兩個(gè)指標(biāo)。磁盤IO就相當(dāng)于我們有貨物（數(shù)據(jù)）需要從A處（系統(tǒng)）與B處（磁盤）之間往返。貨物（數(shù)據(jù)量）有多有少，因此運(yùn)貨車也有大有小。B處有裝卸工人負(fù)責(zé)將貨物卸載到倉(cāng)庫(kù)的指定位置，或者從倉(cāng)庫(kù)指定位置提取貨物裝載到貨車上。
每次貨車運(yùn)輸一趟貨物就相當(dāng)于處理一個(gè)IO請(qǐng)求，工人裝卸貨物就相當(dāng)于磁盤對(duì)IO的讀寫處理。在工人數(shù)量和工人裝卸貨物速度（磁盤數(shù)據(jù)處理速度）保持一定的情況下，裝卸大車上貨物的時(shí)間一定會(huì)比小車上的時(shí)間長(zhǎng)，裝卸一大車貨物的時(shí)間，可能已經(jīng)夠小車運(yùn)輸若干趟貨物（IOPS高）。但是小車由于多次往返，其花在路上的時(shí)間要比大車多，同時(shí)每次裝卸貨物工人需要尋找正確的位置存取貨物（磁盤尋址時(shí)間），比起大車的一次尋址，小車運(yùn)貨就也浪費(fèi)了更多時(shí)間。因此在相同時(shí)間內(nèi)，采用大車運(yùn)輸?shù)呢浳锟偭渴潜刃≤囈嗟模ㄍ掏铝扛撸?/p>
這也是為什么我們?cè)谧龃疟P性能測(cè)試的時(shí)候，通常一次只關(guān)注一個(gè)指標(biāo)，追求IOPS，就用小車運(yùn)輸少量貨物，多次往返。追求吞吐量，就用大車運(yùn)送大量貨物，節(jié)省路上及尋址所花費(fèi)的時(shí)間。
下面再說(shuō)一下磁盤測(cè)試的影響因素。
實(shí)際測(cè)量中，IOPS會(huì)受到很多因素的影響，比如：
1 數(shù)據(jù)塊大小
相當(dāng)于我們前面說(shuō)的大車和小車運(yùn)貨的情況
2 順序和隨機(jī)
順序就是我們的貨物都按順序安排在倉(cāng)庫(kù)的一處，隨機(jī)則意味著貨物隨機(jī)的分配在倉(cāng)庫(kù)的不同地點(diǎn)，可以想見(jiàn)，貨物地點(diǎn)存放比較隨機(jī)的情況下，存取貨物一定是更費(fèi)時(shí)間的。
3 隊(duì)列深度
如果我們每次只發(fā)一輛貨車在AB之間往返，那么當(dāng)貨車在A處處理貨物或者在AB之間的路上跑的時(shí)候，B處的工人就處于閑置的狀態(tài)，壓力測(cè)試時(shí)，我們絕對(duì)不希望這種情況發(fā)生，我們需要工人（磁盤）一直工作，從而得出磁盤的更高性能。想實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們可以通過(guò)一次發(fā)多輛車來(lái)解決，保持始終有車輛在等待處理的隊(duì)伍里，這樣裝卸工人就一直有工作可做了。
隊(duì)列深度就是等待處理的隊(duì)伍里的貨車以及正在被裝卸的貨車的總數(shù)量。
4 線程數(shù)
測(cè)試時(shí)，增加線程數(shù)也可以增加并發(fā)度，從而使裝卸工人一直處于有工作可做的狀態(tài)。
5 讀寫比例
讀操作相當(dāng)于我們將貨從B中的倉(cāng)庫(kù)取出來(lái)，運(yùn)到A處就結(jié)束了。而寫操作意味著貨物在A處經(jīng)過(guò)一番處理之后還要再運(yùn)回B處并存儲(chǔ)在倉(cāng)庫(kù)中。因此不同的讀寫比例也會(huì)造成測(cè)試結(jié)果的不同。
正是由于這些不同影響因素的存在，我們?cè)趯?duì)磁盤進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，需要仔細(xì)選擇測(cè)試參數(shù)，否則將無(wú)法測(cè)出磁盤的更優(yōu)性能。同時(shí)應(yīng)將測(cè)試參數(shù)和方扒慎脊法定性定量，否則測(cè)試結(jié)果將失去比較的價(jià)值。
以 云盤參數(shù)和性能測(cè)試方法：
一孝搏文中介紹的測(cè)試IOPS的方法為例，我們來(lái)看一下linux常用測(cè)試工具fio的參數(shù)如何體現(xiàn)以上影響因素。
測(cè)試隨機(jī)寫IOPS：fio-direct=1-iodepth=128-rw=randwrite-ioengine=libaio-bs=4k-size=1G-numjobs=1-runtime=1000-group_reporting-filename=/dev/-name=Rand_Write_Testing測(cè)試隨機(jī)讀IOPS：fio-direct=1-iodepth=128-rw=randread-ioengine=libaio-bs=4k-size=1G-numjobs=1-runtime=1000-group_reporting-filename=/dev/-name=Rand_Read_Testing測(cè)試寫吞吐量：fio-direct=1-iodepth=64-rw=write-ioengine=libaio-bs=1024k-size=1G-numjobs=1-runtime=1000-group_reporting-filename=/dev/-name=Write_PPS_Testing測(cè)試讀吞吐量：fio-direct=1-iodepth=64-rw=read-ioengine=libaio-bs=1024k-size=1G-numjobs=1-runtime=1000-group_reporting-filename=/dev/-name=Read_PPS_Testing
其中：
iodepth：隊(duì)列深度。異步引擎下起作用。
rw: 讀寫模式，可選模式有順序?qū)憌rite、順序讀read、隨機(jī)寫randwrite、隨機(jī)讀randread、混合隨機(jī)讀寫randrw。
ioengine: 負(fù)載引擎。libaio引擎用于發(fā)起異步IO請(qǐng)求。
bs: IO塊大小。
numjobs 測(cè)試線程數(shù)。
對(duì)比四個(gè)測(cè)試方法的參數(shù)我們可以看到，測(cè)試IOPS時(shí)我們采用小數(shù)據(jù)塊（bs=4k），測(cè)試吞吐量時(shí)則用大數(shù)據(jù)塊（bs=1024k）。這和我們前面說(shuō)到的大貨車小貨車的選擇原理是一致的。
隊(duì)列深度對(duì)IOPS的影響要大于對(duì)吞吐量的影響，因?yàn)槲覀儨y(cè)試IOPS時(shí)選擇的iodepth更大。但iodepth也不是越大越好，因?yàn)楫?dāng)裝卸工人數(shù)量、裝卸貨物速度、倉(cāng)庫(kù)尋址時(shí)間一定之后，單位時(shí)間內(nèi)所能處理的更大貨物量也就確定了，即磁盤的能力確定了。一味增加隊(duì)列深度，增加的只能是貨物在隊(duì)列里的等待時(shí)間，即平均IO響應(yīng)時(shí)間。
我們可以通過(guò)查看裝卸工人的忙碌程度來(lái)決定是否要增加隊(duì)列深度。如果磁盤的busy%為100%，那就表示所有工人都在一刻不停歇的裝卸貨物了，已經(jīng)不再有提升的空間，此時(shí)再增加隊(duì)列深度或是數(shù)據(jù)量大小對(duì)測(cè)試結(jié)果都將是徒勞。反之，則表示磁盤壓力尚未到極限，得出的數(shù)據(jù)不能代表磁盤性能更高水平。
磁盤壓測(cè)時(shí)如果有其他業(yè)務(wù)邏輯在運(yùn)行會(huì)怎樣呢？這種情況就相當(dāng)于有一部分貨車裝運(yùn)的是業(yè)務(wù)邏輯的數(shù)據(jù)，而這些貨車也會(huì)占用我們的隊(duì)列和裝卸工人，測(cè)試引擎將無(wú)法百分之百的使用全部隊(duì)列和裝卸工人，那么我們的測(cè)試結(jié)果將不能體現(xiàn)整個(gè)磁盤的能力。尤其是當(dāng)業(yè)務(wù)邏輯所涉及的IO是同步（synchronous）請(qǐng)求的時(shí)候，對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響將更大，因?yàn)橥絀O就相當(dāng)于前面說(shuō)到的一次只讓一輛車在路上跑，只有等它跑完才會(huì)發(fā)下一輛車。因此在壓力測(cè)試的時(shí)候，我們需要將業(yè)務(wù)邏輯關(guān)閉的。
linux怎樣用腳本監(jiān)控相應(yīng)機(jī)器的io
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除了上梁盯述的磁盤讀寫的資源情況來(lái)…
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