同CPU、內(nèi)存一樣，文件系統(tǒng)和磁盤(pán)I/O，也是Linux操作系統(tǒng)最核心的功能。

　　磁盤(pán)為系統(tǒng)提供了最基本的持久化存儲(chǔ)。

　　文件系統(tǒng)則在磁盤(pán)基礎(chǔ)上，提供了一個(gè)用來(lái)管理文件的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。

　　文件系統(tǒng)

　　1. 索引節(jié)點(diǎn)和目錄項(xiàng)

　　Linux中的一切都由統(tǒng)一的文件系統(tǒng)來(lái)管理，包括普通的文件和目錄，以及塊設(shè)備、套接字、管道等。Linux文件系統(tǒng)為每個(gè)文件都分配了兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，索引節(jié)點(diǎn)（index node）和目錄項(xiàng)（directory entry），主要用來(lái)記錄文件的元信息和目錄結(jié)構(gòu)。

　　索引節(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)稱為 inode，用來(lái)記錄文件的元數(shù)據(jù)，比如inode編號(hào)、文件大小、訪問(wèn)權(quán)限、修改日期、數(shù)據(jù)的位置等。索引節(jié)點(diǎn)和文件一一對(duì)應(yīng)，它跟文件內(nèi)容一樣會(huì)被持久化到磁盤(pán)，所以，索引節(jié)點(diǎn)同樣占磁盤(pán)。

　　目錄項(xiàng)，簡(jiǎn)稱為dentry，用來(lái)記錄的文件的名字、索引節(jié)點(diǎn)指針以及與其他目錄項(xiàng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。多個(gè)關(guān)聯(lián)的目錄項(xiàng)，就構(gòu)成了文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)，它是由內(nèi)核維護(hù)的一個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通常也被稱為目錄項(xiàng)緩存。

　　換句話說(shuō)，索引節(jié)點(diǎn)是每個(gè)文件的唯一標(biāo)志，目錄項(xiàng)維護(hù)的是文件系統(tǒng)的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。目錄項(xiàng)和索引節(jié)點(diǎn)的關(guān)系是多對(duì)一，或者可理解為一個(gè)文件多個(gè)別名。舉個(gè)例子，通過(guò)硬鏈接為文件創(chuàng)建的別名，就會(huì)對(duì)應(yīng)不同目錄項(xiàng)，這些目錄項(xiàng)本質(zhì)上是連接同一個(gè)文件，所以索引節(jié)點(diǎn)相同。

　　更具體地說(shuō)，文件數(shù)據(jù)是怎么存儲(chǔ)的，是直接保存到磁盤(pán)的？實(shí)際上磁盤(pán)讀寫(xiě)的最小單位是扇區(qū)，扇區(qū)只有512B大小，如果每次讀寫(xiě)這么小的單位，效率一定很低。所以，文件系統(tǒng)又把連續(xù)的扇區(qū)組成邏輯塊，再以邏輯塊為最小單元去管理數(shù)據(jù)。常見(jiàn)的邏輯塊大小是4KB，即連續(xù)的8個(gè)扇區(qū)。下面展示一張示意圖：

　　這里需要注意兩點(diǎn)：

　　第一，目錄項(xiàng)本身在內(nèi)存中，索引節(jié)點(diǎn)在磁盤(pán)中。前面的 Buffer 和 Cache 原理中提到，為了協(xié)調(diào)慢速磁盤(pán)和快速CPU之間的性能差異，文件內(nèi)容會(huì)緩存到頁(yè)緩存 Cache中。索引節(jié)點(diǎn)自然也會(huì)緩存到內(nèi)存中，增加速文件訪問(wèn)。

　　第二，磁盤(pán)在執(zhí)行文件系統(tǒng)格式化時(shí)，會(huì)被分成三個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，超級(jí)塊、索引節(jié)點(diǎn)區(qū) 和 數(shù)據(jù)塊區(qū)。其中，超級(jí)塊存儲(chǔ)整個(gè)文件系統(tǒng)狀態(tài)；索引節(jié)點(diǎn)區(qū)存儲(chǔ)索引節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)塊區(qū)，存儲(chǔ)文件數(shù)據(jù)。

　　2. 虛擬文件系統(tǒng)

　　目錄項(xiàng)、索引節(jié)點(diǎn)、超級(jí)塊、邏輯塊構(gòu)成Linux文件系統(tǒng)四大基本要素。不過(guò)，為了支持各種不同的文件系統(tǒng)，Linux內(nèi)核在用戶進(jìn)程和文件系統(tǒng)中間，引入了一個(gè)抽象層，即虛擬文件系統(tǒng)VFS。VFS定義了一套所有文件系統(tǒng)都支持的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)接口。這樣，用戶層和內(nèi)核其他子系統(tǒng)都只需要跟 VFS 提供的統(tǒng)一接口交互就可以了，不需要關(guān)心底層各種文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。下圖很好展示了Linux文件系統(tǒng)的架構(gòu)圖，能更好的幫助理解系統(tǒng)調(diào)用、VFS、緩存、文件系統(tǒng)以及塊存儲(chǔ)之間的關(guān)系：

　　從圖中可以看到，在VFS下面Linux可以支持各種文件系統(tǒng)，按照存儲(chǔ)位置的不同，可以分為三類：

　　基于磁盤(pán)的文件系統(tǒng)，也就是把數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)本地掛載的磁盤(pán)中。如 EXT4、XFS、OverlayFS等。

　　基于內(nèi)存的文件系統(tǒng)，也就是虛擬文件系統(tǒng)，不需要磁盤(pán)分配任何存儲(chǔ)空間，只占用內(nèi)存。如 /proc 文件系統(tǒng)、/sys 文件系統(tǒng)（主要向用戶空間導(dǎo)出層次化的內(nèi)核對(duì)象）。

　　網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，用來(lái)訪問(wèn)其他計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的文件系統(tǒng)，如 NFS、SMB、iSCSI等。

　　這些文件系統(tǒng)，要先掛載到 VFS 目錄樹(shù)中的子目錄（掛載點(diǎn)），然后才能訪問(wèn)其中文件。比如安裝系統(tǒng)時(shí)，要先掛在一個(gè)根目錄（ / ），在根目錄下，再把其他文件系統(tǒng)掛在進(jìn)來(lái)。

　　3. 文件系統(tǒng)I/O

　　把文件掛到掛載點(diǎn)后，就能通過(guò)它去訪問(wèn)它管理的文件了。VFS提供的訪問(wèn)文件的標(biāo)準(zhǔn)接口，以系統(tǒng)調(diào)用的方式提供給應(yīng)用程序使用。比如，cat命令，相繼調(diào)用 open()、read()、write()。文件讀寫(xiě)方式的各種差異，也導(dǎo)致I/O 的分類多種多樣。常見(jiàn)的有，緩沖與非緩沖I/O、直接與非直接I/O、阻塞與非阻塞I/O、同步與異步I/O等。下面詳細(xì)解釋下這四種 I/O分類：

　　第一種，根據(jù)是否利用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)緩存，可以把文件I/O 分為 緩沖I/O 和 非緩沖I/O。這里的“緩沖”，其實(shí)指的是標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的緩存。例如，很多程序遇到換行時(shí)才真正輸出，換行前的內(nèi)容，就是被標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)暫時(shí)緩存起來(lái)。因此，緩沖I/O 指的是利用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)緩存來(lái)加速文件的訪問(wèn)，在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)內(nèi)部再通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用訪問(wèn)文件；非緩沖I/O 指的是直接通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用訪問(wèn)文件，而不通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)緩存。無(wú)論是緩沖還是非緩沖 I/O，最后都是通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用訪問(wèn)文件。而根據(jù)前面內(nèi)容，系統(tǒng)調(diào)用后，還通過(guò)頁(yè)緩存，來(lái)減少磁盤(pán)I/O操作。

　　第二種，根據(jù)是否利用操作系統(tǒng)的頁(yè)緩存，可以把文件I/O 分為直接I/O 和 非直接I/O。想要實(shí)現(xiàn)直接I/O，需要在系統(tǒng)調(diào)用中指定標(biāo)志 O_DIRECT，如果不指定，默認(rèn)是非直接I/O。不過(guò)注意，這里的直接、非直接I/O，其實(shí)最終還是和文件系統(tǒng)交互。如果實(shí)在數(shù)據(jù)庫(kù)等場(chǎng)景中，還會(huì)看到，跳過(guò)文件系統(tǒng)讀寫(xiě)磁盤(pán)的情況，即裸I/O。

　　第三種，根據(jù)應(yīng)用程序是否阻塞自身運(yùn)行，可以把文件I/O 分為阻塞I/O 和 非阻塞I/O。在應(yīng)用程序執(zhí)行I/O 操作后，如果沒(méi)獲得響應(yīng)，就阻塞當(dāng)前線程，自然不能執(zhí)行其他任務(wù)，這是阻塞I/O；如果沒(méi)獲得響應(yīng)，卻不阻塞當(dāng)前線程，繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)，隨后通過(guò)輪詢或者時(shí)間通知的形式，獲得之前調(diào)用的結(jié)果。比如，訪問(wèn)管道或者網(wǎng)絡(luò)套接字時(shí)，設(shè)置 O_NONBLOCK 標(biāo)志，表示非阻塞方式訪問(wèn)，若不做任何設(shè)置，默認(rèn)就是阻塞方式訪問(wèn)。

　　第四種，根據(jù)是否等待響應(yīng)結(jié)果，可以把文件I/O 分為同步I/O 和 異步I/O。在應(yīng)用程序執(zhí)行I/O 操作后，如果一直等到 整個(gè) I/O完成后才獲得響應(yīng)，就是同步I/O；如果不等待 I/O 完成以及完成后的響應(yīng)，繼續(xù)往下執(zhí)行，等到 I/O 完成后，響應(yīng)會(huì)用事件通知的方式，告訴應(yīng)用程序。比如，在操作文件時(shí)，如果設(shè)置了 O_SYNC 或 O_DSYNC標(biāo)志，就代表同步I/O，后者是等待文件數(shù)據(jù)寫(xiě)入磁盤(pán)后才返回，而前者是在后者基礎(chǔ)上，要求文件元數(shù)據(jù)也要寫(xiě)入磁盤(pán)后才能返回。再比如，在訪問(wèn)管道或者網(wǎng)絡(luò)套接字時(shí)，設(shè)置選項(xiàng) O_ASYNC后，就是異步 I/O內(nèi)核會(huì)通過(guò) SIGIO 或者 SIGPOLL，來(lái)通知進(jìn)程，文件是否可讀寫(xiě)。

　　總之，無(wú)論是普通文件和塊設(shè)備、還是網(wǎng)絡(luò)套接字和管道等，都通過(guò)統(tǒng)一的VFS接口來(lái)被訪問(wèn)。

　　4. 文件系統(tǒng)性能觀測(cè)

　　加上-i 參數(shù)查看索引節(jié)點(diǎn)的使用情況，索引節(jié)點(diǎn)的容量，（也就是 Inode個(gè)數(shù)）是在格式化磁盤(pán)時(shí)設(shè)定好的，由格式化工具自動(dòng)生成。當(dāng)你發(fā)現(xiàn)索引節(jié)點(diǎn)空間不足時(shí)，但磁盤(pán)空間充足時(shí)，很可能是過(guò)多的小文件導(dǎo)致的，一般的刪除它們或者移到其他的索引節(jié)點(diǎn)充足的磁盤(pán)上，就能解決問(wèn)題。

　　接下來(lái)，文件系統(tǒng)的目錄項(xiàng)和索引節(jié)點(diǎn)的緩存，如何查看呢？

　　實(shí)際上，內(nèi)核使用 Slab 機(jī)制，管理目錄項(xiàng)和索引節(jié)點(diǎn)的緩存。/proc/meminfo 只給出了Slab整體大小，具體到每一種Slab緩存，就要查看 /proc/slabinfo。運(yùn)行下面命令可以得到，所有目錄項(xiàng)和各種文件系統(tǒng)的索引節(jié)點(diǎn)的緩存情況：

　　dentry 行表示目錄項(xiàng)緩存，inode_cache 行，表示VFS 索引節(jié)點(diǎn)緩存，其余的則是各種文件系統(tǒng)的緩存。這里列比較多，可查詢man slabinfo。實(shí)際性能分析時(shí)，更多使用 slabtop，來(lái)找到占用內(nèi)存最多的緩存類型：

　　從這個(gè)結(jié)果可以看到，目錄項(xiàng)和索引節(jié)點(diǎn)占用最多的 Slab緩存，但其實(shí)并不大，約23MB。

　　思考：find / -name file-name 命令導(dǎo)致會(huì)不會(huì)導(dǎo)致緩存升高，如果會(huì)，導(dǎo)致哪類緩存升高呢？

　　find / -name 命令是全盤(pán)掃描（包括內(nèi)存文件系統(tǒng)、磁盤(pán)文件系統(tǒng)等），所以這里會(huì)導(dǎo)致 xfs_inode 、proc_inode_cache、dentry、 inode_cache這幾類緩存的升高，而且在下次執(zhí)行 find 命令時(shí)，就會(huì)快很多，因?yàn)樗蟛糠謺?huì)直接在緩存中查找結(jié)果。這里你可以在執(zhí)行find命令前后，比較slabtop、free、vmstat輸出結(jié)果，又會(huì)有更深的理解。

　　磁盤(pán) I/O

　　1. 磁盤(pán)

　　首先，根據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的不同，可以分為兩類，機(jī)械磁盤(pán) 和 固態(tài)磁盤(pán)。

　　機(jī)械磁盤(pán)：也稱為硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（Hard Disk Driver，縮寫(xiě)HDD），機(jī)械磁盤(pán)由盤(pán)片和讀寫(xiě)磁頭組成，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在盤(pán)片的環(huán)狀磁道中，最小讀寫(xiě)單位 扇區(qū)，一般大小為512B。在讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，需要移動(dòng)磁頭，定位到數(shù)據(jù)所在的盤(pán)片磁道中，然后才訪問(wèn)數(shù)據(jù)。如果 I/O 請(qǐng)求剛好連續(xù)，那就不需要磁道尋址，可獲得最佳性能，這就是順序I/O 的工作原理。隨機(jī) I/O，需要不停地移動(dòng)磁頭，來(lái)定位數(shù)據(jù)位置，讀寫(xiě)速度比較慢。

　　固態(tài)磁盤(pán)：Solid State Driver，縮寫(xiě)SSD，由固態(tài)電子元器件組成，最小讀寫(xiě)單位 頁(yè)，一般大小4KB、8KB等。固態(tài)磁盤(pán)不需要磁道尋址，不管是連續(xù)I/O，還是隨機(jī)I/O的性能，都比機(jī)械磁盤(pán)好得多。

　　另外，相同磁盤(pán)的順序I/O 都要比 隨機(jī)I/O 快得多，原因如下：

　　對(duì)于機(jī)械磁盤(pán)來(lái)說(shuō)，隨機(jī) I/O需要更多的磁頭尋道和盤(pán)片旋轉(zhuǎn)，性能比順序I/O 慢。

　　對(duì)于固態(tài)盤(pán)來(lái)說(shuō)，雖然隨機(jī)I/O 性能比機(jī)械盤(pán)好很多，但是它也會(huì)有“先擦除、再寫(xiě)入”的限制。隨機(jī)讀寫(xiě)也有大量的垃圾回收，所以還是會(huì)比順序I/O 慢很多。

　　另外，順序I/O 可以通過(guò)預(yù)讀的方式，來(lái)減少 I/O請(qǐng)求的次數(shù)，這也是其性能優(yōu)異的原因之一。

　　在上一節(jié)提到過(guò)，如果每次都讀寫(xiě) 512B 數(shù)據(jù)，效率會(huì)很低。文件系統(tǒng)會(huì)把連續(xù)的扇區(qū)或頁(yè)組成邏輯塊，作為最小單元管理數(shù)據(jù)，常見(jiàn)的邏輯塊是 4KB，即連續(xù)的8個(gè)扇區(qū)，或者一個(gè)頁(yè)。

　　其次，還可以按照接口來(lái)分類，可以把硬盤(pán)分為 IDE、SCSI、SAS、SATA、FC等。不同的接口，分配不同的設(shè)備名稱。比如 IDE的會(huì)分配一個(gè)前綴為 hd 的設(shè)備名，SCSI 和 SATA會(huì)分配一個(gè) sd 前綴的設(shè)備名。如果是多塊同類型的磁盤(pán)，會(huì)按照a、b、c等字母順序編號(hào)。

　　第三，還可以根據(jù)使用方式，將磁盤(pán)劃分為不同架構(gòu)。最簡(jiǎn)單的就是，作為獨(dú)立磁盤(pán)來(lái)使用。然后再根據(jù)需要，將磁盤(pán)劃分成多個(gè)邏輯分區(qū)，再給分區(qū)編號(hào)。比如前面多次用到的 /dev/sda，還可以分成兩個(gè)分區(qū) /dev/sda1 和 /dev/sda2。另一個(gè)比較常用的架構(gòu)是，將多塊磁盤(pán)組成一個(gè)邏輯磁盤(pán)，構(gòu)成冗余獨(dú)立 的磁盤(pán)陣列，RAID，提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)性能，增強(qiáng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性。

　　根據(jù)容量、性能、可靠性的不同，RAID可以分為多個(gè)級(jí)別，如RAID0、RAID1、RAID5、RAID10等。RAID0有最優(yōu)的讀寫(xiě)性能，但不提供數(shù)據(jù)冗余的功能，其他級(jí)別的 RAID，在數(shù)據(jù)冗余的基礎(chǔ)上，對(duì)讀寫(xiě)性能有一定的優(yōu)化。

　　最后一種架構(gòu)，把磁盤(pán)組合成網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)集群，再通過(guò)NFS、SMB、iSCSI等網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)協(xié)議，暴露給服務(wù)器使用。

　　其實(shí)，在Linux下，磁盤(pán)是作為塊設(shè)備來(lái)管理的，也就是以塊為單位來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，且支持隨機(jī)讀寫(xiě)。每個(gè)塊設(shè)備都被賦予主、次兩個(gè)設(shè)備號(hào)，主設(shè)備號(hào)用在驅(qū)動(dòng)程序中區(qū)別設(shè)備類型，次設(shè)備號(hào)用來(lái)給多個(gè)同類設(shè)備編號(hào)。

　　2. 通用塊層

　　為了減少不同塊設(shè)備的差異帶來(lái)的影響，Linux通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的通用塊層，來(lái)管理各種不同的塊設(shè)備。通用塊層其實(shí)是處在文件系統(tǒng)和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)中間的一個(gè)塊設(shè)備抽象層。有兩個(gè)功能：

　　第一個(gè)跟虛擬文件系統(tǒng)的功能類似。向上，為文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序，提供訪問(wèn)塊設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口；向下，把各種異構(gòu)的磁盤(pán)設(shè)備抽象成統(tǒng)一的塊設(shè)備，并提供統(tǒng)一框架來(lái)管理這些設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。

　　第二個(gè)功能，通用塊層還給文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序發(fā)來(lái)的I/O請(qǐng)求排隊(duì)，并通過(guò)請(qǐng)求排隊(duì)、合并等，提高磁盤(pán)讀寫(xiě)的效率。

　　對(duì) I/O請(qǐng)求排序也是 I/O調(diào)度。事實(shí)上，Linux內(nèi)核支持四種 I/O調(diào)度算法，NONE、NOOP、CFQ、DeadLine。

　　NONE：確切的說(shuō)并不能算調(diào)度，因?yàn)樗耆皇褂萌魏握{(diào)度器，對(duì)文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序的 I/O不作任何處理，常用在虛擬機(jī)中（此時(shí)磁盤(pán) I/O調(diào)度完全由物理機(jī)支持）。

　　NOOP：最簡(jiǎn)單的一種調(diào)度算法，是一個(gè)先進(jìn)先出的隊(duì)列，只做一些最基本的請(qǐng)求合并，常用于SSD盤(pán)。

　　CFQ：完全公平調(diào)度器，是現(xiàn)在很多發(fā)行版的默認(rèn) I/O調(diào)度器。它為每個(gè)進(jìn)程維護(hù)了一個(gè) I/O調(diào)度隊(duì)列，并按時(shí)間片來(lái)均勻分布每個(gè)進(jìn)程的 I/O請(qǐng)求。類似于進(jìn)程的CPU調(diào)度，CFQ調(diào)度還支持進(jìn)程 I/O的優(yōu)先級(jí)調(diào)度，所以適用運(yùn)行著大量進(jìn)程的系統(tǒng)，像桌面環(huán)境、多媒體應(yīng)用等。

　　DeadLine：分別為讀、寫(xiě)請(qǐng)求創(chuàng)建不同的 I/O 隊(duì)列，可以提高機(jī)械磁盤(pán)的吞吐量，并確保達(dá)到最終期限的請(qǐng)求被優(yōu)先處理。這種調(diào)度算法 多用在 I/O 壓力比較大的場(chǎng)合，如數(shù)據(jù)庫(kù)等。

　　3. I/O棧

　　結(jié)合上面講的文件系統(tǒng)、磁盤(pán)和通用塊層的工作原理，我們可以整體來(lái)看 Linux存儲(chǔ)系統(tǒng)的 I/O原理了。事實(shí)上，我們可以把 Linux存儲(chǔ)系統(tǒng)的 I/O棧，由上至下分為三層：文件系統(tǒng)層、通用塊層、設(shè)備層。看圖：

　　根據(jù)這張全景圖，我們可以更清楚理解，存儲(chǔ)系統(tǒng)的 I/O的工作原理：

　　文件系統(tǒng)層，包括虛擬文件系統(tǒng)和其他各種文件系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)。首先為上層的應(yīng)用程序提供標(biāo)準(zhǔn)的文件訪問(wèn)接口，對(duì)下會(huì)通過(guò)通用塊層，來(lái)存儲(chǔ)和管理磁盤(pán)數(shù)據(jù)。

　　通用塊層，是Linux磁盤(pán) I/O的核心，包括設(shè)備 I/O隊(duì)列和 I/O調(diào)度器。會(huì)對(duì)文件系統(tǒng)的 I/O請(qǐng)求進(jìn)行排隊(duì)，再通過(guò)重新排序和請(qǐng)求合并，再發(fā)給下一級(jí)設(shè)備層。

　　設(shè)備層，包括存儲(chǔ)設(shè)備和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，負(fù)責(zé)最終物理設(shè)備的 I/O操作。

　　存儲(chǔ)系統(tǒng)的 I/O，通常是整個(gè)Linux系統(tǒng)中最慢的一環(huán)。所以，Linux通過(guò)多種緩存機(jī)制來(lái)優(yōu)化 I/O 效率。比如，為了優(yōu)化文件訪問(wèn)性能，會(huì)使用頁(yè)緩存、索引節(jié)點(diǎn)緩存、目錄項(xiàng)緩存等多種緩存機(jī)制，減少對(duì)下層塊設(shè)備的直接調(diào)用。同樣，為了優(yōu)化塊設(shè)備的訪問(wèn)性能，會(huì)使用緩沖區(qū)，來(lái)緩存塊設(shè)備的數(shù)據(jù)。

　　4. 磁盤(pán)性能指標(biāo)以及觀測(cè)

　　這里說(shuō)一下常見(jiàn)的五個(gè)指標(biāo)，使用率、飽和度、IOPS、吞吐量以及響應(yīng)時(shí)間等，這五個(gè)指標(biāo)是衡量磁盤(pán)性能的基本指標(biāo)。

　　使用率，是指磁盤(pán)處理 I/O的時(shí)間百分比。過(guò)高的使用率（如超過(guò)80%），通常意味著磁盤(pán) I/O的性能瓶頸。

　　飽和度，磁盤(pán)處理 I/O的繁忙程度，過(guò)高的飽和度，意味著磁盤(pán)存在嚴(yán)重的性能瓶頸。當(dāng)達(dá)到100%時(shí)，磁盤(pán)就無(wú)法接受新的 I/O請(qǐng)求。

　　IOPS，每秒的 I/O請(qǐng)求數(shù)。

　　吞吐量，每秒的 I/O請(qǐng)求大小。

　　響應(yīng)時(shí)間，從發(fā)出請(qǐng)求到收到響應(yīng)的時(shí)間間隔。

　　注意，使用率只考慮有沒(méi)有 I/O，而不考慮 I/O大小，即使達(dá)到100%，也有可能接受新的 I/O請(qǐng)求。在數(shù)據(jù)庫(kù)、大量小文件等這類隨機(jī)讀寫(xiě)比較多的場(chǎng)景中，IOPS更能反應(yīng)系統(tǒng)整體性能。在多媒體等順序讀寫(xiě)較多的場(chǎng)景中，吞吐量更能反應(yīng)系統(tǒng)整體性能。

　　一般來(lái)說(shuō)，我們?cè)跒閼?yīng)用程序的服務(wù)器選型時(shí)，要先對(duì)磁盤(pán) I/O的性能進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，推薦的性能測(cè)試工具 fio，來(lái)測(cè)試磁盤(pán)的 IOPS，吞吐量以及響應(yīng)時(shí)間等核心指標(biāo)。用性能工具得到的指標(biāo)，作為后續(xù)分析應(yīng)用程序的性能依據(jù)。一旦發(fā)生性能問(wèn)題，就可以把它們作為磁盤(pán)性能的極限值，進(jìn)而評(píng)估磁盤(pán) I/O的使用情況。

　　接下來(lái)看看怎么觀測(cè)磁盤(pán) I/O？首推的工具 iostat，它提供每個(gè)磁盤(pán)的使用率、IOPS、吞吐量等各種常見(jiàn)的性能指標(biāo)，當(dāng)然這些指標(biāo)來(lái)自 /proc/diskstats。iostats 的輸出界面如下：

　　下圖說(shuō)明了這些列的具體含義：

　　這些指標(biāo)，你要注意，%util 磁盤(pán)使用率，r/s + w/s IOPS，rkB/s + wkB/s 吞吐量， r_await + w_await 響應(yīng)時(shí)間。另外從 iostat 并不能直接得到磁盤(pán)的飽和度，但是可以把觀測(cè)到的，平均請(qǐng)求隊(duì)列長(zhǎng)度 或者 讀寫(xiě)請(qǐng)求完成的等待時(shí)間，跟基準(zhǔn)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，綜合來(lái)評(píng)估。

　　我們?cè)賮?lái)看看，每個(gè)進(jìn)程的 I/O情況。iostat只能看到磁盤(pán)整體的 I/O性能數(shù)據(jù)，并不能知道具體哪些進(jìn)程 在進(jìn)行磁盤(pán)讀寫(xiě)，推薦兩個(gè)工具：pidstat 和 iotop。具體使用這里略過(guò)。

　　更多信息可以來(lái)這里獲取==>>電子技術(shù)應(yīng)用-AET<<

電子技術(shù)應(yīng)用專欄作家  一口linux
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