性能测试中的系统资源分析之 磁盘

作者：马海琴  编辑：毕小烦

第一篇文章介绍了 CPU，第二篇文章介绍了内存，这第三篇文章，咱们讲讲磁盘。

三. 磁盘

磁盘是可以持久化存储的设备，根据存储介质的不同，常见磁盘可以分为两类：机械磁盘和固态磁盘。磁盘就像人的大脑皮层，负责数据的储存、记忆。

磁盘对于服务器来说十分重要，一旦出现服务器磁盘空间不足，就有可能导致服务器部署的服务异常甚至宕机。

1. 分析磁盘异常

1.1 分析磁盘占用率较高的问题

STEP 1. 用 df 查看系统磁盘的使用情况

我们关注其中数据块/dev/mapper/vg00-lvroot的使用。当磁盘占用率过高的时候，需要分析占用是否正常，如果是正常的那就需要增加磁盘大小；如果是不正常的，那么就需要进一步分析是哪里引起的异常。

STEP 2. 用 du 查找大文件

通过 du 命令，逐步查找最大文件。找到引起异常的文件，基本就能够锁定的问题的所在。

1.2. 分析系统 I/O 较高的问题

STEP 1. 用 top 查看 wa 占用率

当我们通过 top 命令发现 wa 占用率逐渐升高时，说明系统 I/O 存在压力。

STEP 2. 用 iostat 查看磁盘繁忙程度

我们发现 await 远远高于 svctm，说明 IO 等待队列较长，磁盘十分繁忙；而 w_await 远高于 r_await，说明是磁盘写入造成的磁盘繁忙。

STEP 3. 用 pidstat 查看各进程 IO 使用情况

通过pidstat -d 1 显示各个进程的 IO 使用情况，发现 3046 这个进程的写入的速度较快。

STEP 4. 用 strace 查看系统调用过程

通过strace -p pid 发现一直在执行数据写入的操作。

STEP 5. 用 lsof 查找正在进行读写操作的文件

通过lsof -p pid 发现文件 test.txt 的写入量很大。

根据出现问题的进程和定位的文件名称，我们再结合源码分析，最后定位出现问题的地方，如果代码无法优化，那就需要考虑提升磁盘的性能。

2. 命令详解

df 命令

通过df命令可以查看服务器磁盘的使用情况。

命令格式：

df [-][ahHikmlPTtx][--block-size=<区块大小>][--no-sync][--sync][文件或设备]

参数解释：

• a：代表包含全部的文件系统。
• h：以可读性较高的方式来显示信息。
• H：与-h参数相同，但在计算时是以 1000 Bytes 为换算单位而非 1024 Bytes。
• i：显示 inode 的信息。
• k：以 KB 为单位显示容量，默认以 KB 为单位（即指定区块大小为 1024 字节）。
• m：以 MB 为单位显示容量，默认以 MB 为单位（即指定区块大小为 1048576 字节）。
• l：仅显示本地端的文件系统。
• P：使用 POSIX 的输出格式。
• T：显示文件系统的类型。
• t：等价于--type=TYPE，仅显示指定文件系统类型的磁盘信息。
• x：等价于--exclude-type=TYPE，不要显示指定文件系统类型的磁盘信息。
• block-size：以指定的区块大小来显示区块数目。
• no-sync：在取得磁盘使用信息前，不要执行 sync 指令，此为预设值。
• sync：在取得磁盘使用信息前，先执行 sync 指令。

如：

结果说明：

• 系统文件（Files``ystem）：表示文件系统位于哪个分区，展示文件系统名称。
• 其中 tmpfs 是一个临时文件系统，驻留在内存中，读写非常快，可以提供较高的访问速度。
• 容量（Size）：文件系统总容量。
• 已用（Used）：文件系统已使用的容量。
• 可用（Avail）：文件系统空闲的容量。
• 可用%（Use%）：文件系统空闲容量占比。
• 挂载点（Mounted on）：文件系统的挂载点。

du 命令

通过du命令查看具体目录下的文件/目录占用空间大小。

命令格式：

du [-abcDhHklmsSx][-L <符号连接>][-X <文件>][--block-size][--exclude=<目录或文件>][--max-depth=<目录层数>][目录或文件]

参数解释：

• -a：显示目录中个别文件的大小、
• -b：显示目录或文件大小时，以 byte 为单位、
• -c：除了显示个别目录或文件的大小外，同时也显示所有目录或文件的总和、
• -D：显示指定符号连接的源文件大小、
• -h：以 K，M，G 为单位，提高信息的可读性、
• -H：与 -h 参数相同，但是 K，M，G 是以 1000 为换算单位。
• -k：以 1024 bytes 为单位。
• -l：重复计算硬件连接的文件。
• -L<符号连接>：显示选项中所指定符号连接的源文件大小。
• -m：以 1MB 为单位。
• -s：仅显示总计，常用du -sh *统计当前目录下所有一级目录/文件的总用量。
• -S：显示个别目录的大小时，并不含其子目录的大小。
• -x：以一开始处理时的文件系统为准，若遇上其它不同的文件系统目录则略过。
• -X<文件>：在 <文件> 指定目录或文件。
• --exclude=<目录或文件>：略过指定的目录或文件。
• --max-depth=<目录层数>：超过指定层数的目录后，予以忽略。

如：

iostat 命令

使用iostat可以监控磁盘的使用情况，通过这个命令可以看出磁盘是否繁忙。

如：

结果说明：
avg-cpu 段:

• %user：在用户级别运行所使用的 CPU 的百分比
• %nice：nice操作所使用的 CPU 的百分比
• %sys：在系统级别(kernel)运行所使用 CPU 的百分比
• %iowait：CPU 等待硬件 I/O 时，所占用 CPU 百分比
• %idle：CPU 空闲时间的百分比

Device 段:

• tps：每秒钟发送到的 I/O 请求数
• Blk_read /s：每秒读取的 block 数
• Blk_wrtn/s：每秒写入的 block 数
• Blk_read：读入的 block 总数
• Blk_wrtn：写入的 block 总数

展示所有磁盘的使用状态

iostat -d -k 1 10打印所有磁盘的使用状态，每秒钟打印一次，打印十次之后结束。

结果说明：

• tps：该设备每秒的传输次数。“一次传输”意思是“一次 I/O 请求”。多个逻辑请求可能会被合并为“一次 I/O 请求”。“一次传输”请求的大小是未知的。
• kB_read/s：每秒从设备（drive expressed）读取的数据量
• kB_wrtn/s：每秒向设备（drive expressed）写入的数据量
• kB_read：读取的总数据量
• kB_wrtn：写入的总数量数据量

以上结果的单位都为 KB。

IO 相关扩展信息展示

iostat -d -x -k 1 10打印磁盘扩展信息，每秒钟打印一次，打印十次之后结束。
结果说明：

• rrqm/s：每秒这个设备相关的读取请求有多少被 Merge 了（当系统调用需要读取数据的时候，VFS 将请求发到各个 FS，如果 FS 发现不同的读取请求读取的是相同 Block 的数据，FS 会将这个请求合并 Merge ）。
• wrqm/s：每秒这个设备相关的写入请求有多少被 Merge 了。
• r/s：每秒读取的扇区数。
• w/s：每秒写入的扇区数。
• rkB/s：每秒向设备发出的读取请求的数量。
• wkB/s：每秒向设备发出的写入请求的数量。
• avgrq-sz：平均请求扇区的大小。
• avgqu-sz：是平均请求队列的长度。队列长度越短，说明性能越好。
• await：每一个 I/O 请求的处理的平均时间（单位是毫秒）。
• 这里可以理解为 IO 的响应时间，一般地系统 IO 响应时间应该低于 5ms，如果大于 10ms 就比较大了。
• 这个时间包括了队列时间和服务时间。一般情况下，await 大于 svctm，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**。
• r_await：每一个读取请求的处理的平均时间。
• w_await：每一个写入请求的处理的平均时间。
• svctm：表示平均每次设备 I/O 操作的服务时间（以毫秒为单位）。
• %util：在统计时间内所有处理 IO 时间，除以总共统计时间。
• 如果统计间隔 1 秒，该设备有 0.7 秒在处理 IO，而 0.3 秒闲置，那么该设备的 %util = 0.7/1 = 70% 。所以该参数暗示了设备的繁忙程度。
• 一般地，如果 %util 是 100% 表示设备已经接近满负荷运行了（当然如果是多磁盘，即使 %util 是 100%，因为磁盘的并发能力，所以磁盘使用未必就到了瓶颈）。

（完）

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