容易被誤讀的iostat

来源:https://www.cnblogs.com/qianyuliang/archive/2019/01/11/10255536.html
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iostat(1)是在Linux系統上查看I/O性能最基本的工具,然而對於那些熟悉其它UNIX系統的人來說它是很容易被誤讀的。比如在HP-UX上 avserv(相當於Linux上的 svctm)是最重要的I/O指標,反映了硬碟設備的性能,它是指I/O請求從SCSI層發出、到I/O完成之後返回SCSI ...


iostat(1)是在Linux系統上查看I/O性能最基本的工具,然而對於那些熟悉其它UNIX系統的人來說它是很容易被誤讀的。比如在HP-UX上 avserv(相當於Linux上的 svctm)是最重要的I/O指標,反映了硬碟設備的性能,它是指I/O請求從SCSI層發出、到I/O完成之後返回SCSI層所消耗的時間,不包括在SCSI隊列中的等待時間,所以avserv體現了硬碟設備處理I/O的速度,又被稱為disk service time,如果avserv很大,那麼肯定是硬體出問題了。然而Linux上svctm的含義截然不同,事實上在iostat(1)和sar(1)的man page上都說了不要相信svctm,該指標將被廢棄:
“Warning! Do not trust this field any more. This field will be removed in a future sysstat version.”
在Linux上,每個I/O的平均耗時是用await表示的,但它不能反映硬碟設備的性能,因為await不僅包括硬碟設備處理I/O的時間,還包括了在隊列中等待的時間。I/O請求在隊列中的時候尚未發送給硬碟設備,即隊列中的等待時間不是硬碟設備消耗的,所以說await體現不了硬碟設備的速度,內核的問題比如I/O調度器什麼的也有可能導致await變大。那麼有沒有哪個指標可以衡量硬碟設備的性能呢?非常遺憾的是,iostat(1)和sar(1)都沒有,這是因為它們所依賴的/proc/diskstats不提供這項數據。要真正理解iostat的輸出結果,應該從理解/proc/diskstats開始。

《初探diskstats》

iostat(1)是以/proc/diskstats為基礎計算出來的,因為/proc/diskstats並未把隊列等待時間和硬碟處理時間分開,所以凡是以它為基礎的工具都不可能分別提供disk service time以及與queue有關的值。
註:下麵的公式中“Δ”表示兩次取樣之間的差值,“Δt”表示採樣周期。
• tps:每秒I/O次數=[(Δrd_ios+Δwr_ios)/Δt]• r/s:每秒讀操作的次數=[Δrd_ios/Δt]
• w/s:每秒寫操作的次數=[Δwr_ios/Δt]

• rkB/s:每秒讀取的千位元組數=[Δrd_sectors/Δt]*[512/1024]
• wkB/s:每秒寫入的千位元組數=[Δwr_sectors/Δt]*[512/1024]
• rrqm/s:每秒合併讀操作的次數=[Δrd_merges/Δt]
• wrqm/s:每秒合併寫操作的次數=[Δwr_merges/Δt]
• avgrq-sz:每個I/O的平均扇區數=[Δrd_sectors+Δwr_sectors]/[Δrd_ios+Δwr_ios]
• avgqu-sz:平均未完成的I/O請求數量=[Δtime_in_queue/Δt]
(手冊上說是隊列里的平均I/O請求數量,更恰當的理解應該是平均未完成的I/O請求數量。)
• await:每個I/O平均所需的時間=[Δrd_ticks+Δwr_ticks]/[Δrd_ios+Δwr_ios]
(不僅包括硬碟設備處理I/O的時間,還包括了在kernel隊列中等待的時間。)
• r_await:每個讀操作平均所需的時間=[Δrd_ticks/Δrd_ios]
不僅包括硬碟設備讀操作的時間,還包括了在kernel隊列中等待的時間。
• w_await:每個寫操作平均所需的時間=[Δwr_ticks/Δwr_ios]
不僅包括硬碟設備寫操作的時間,還包括了在kernel隊列中等待的時間。

• %util:該硬碟設備的繁忙比率=[Δio_ticks/Δt]
表示該設備有I/O(即非空閑)的時間比率,不考慮I/O有多少,只考慮有沒有。
• svctm:已被廢棄的指標,沒什麼意義,svctm=[util/tput]
對iostat(1)的恰當解讀有助於正確地分析問題,我們結合實際案例進一步討論。

關於rrqm/s和wrqm/s
前面講過,如果兩個I/O操作發生在相鄰的數據塊時,它們可以被合併成一個,以提高效率,合併的操作通常是I/O scheduler(也叫elevator)負責的。
以下案例對許多硬碟設備執行同樣的壓力測試,結果惟有sdb比其它硬碟都更快一些,可是硬碟型號都一樣,為什麼sdb的表現不一樣?

 

可以看到其它硬碟的rrqm/s都為0,而sdb不是,就是說發生了I/O合併,所以效率更高,r/s和rMB/s都更高,我們知道I/O合併是內核的I/O scheduler(elevator)負責的,於是檢查了sdb的/sys/block/sdb/queue/scheduler,發現它與別的硬碟用了不同的I/O scheduler,所以表現也不一樣。

%util與硬碟設備飽和度
%util表示該設備有I/O(即非空閑)的時間比率,不考慮I/O有多少,只考慮有沒有。由於現代硬碟設備都有並行處理多個I/O請求的能力,所以%util即使達到100%也不意味著設備飽和了。舉個簡化的例子:某硬碟處理單個I/O需要0.1秒,有能力同時處理10個I/O請求,那麼當10個I/O請求依次順序提交的時候,需要1秒才能全部完成,在1秒的採樣周期里%util達到100%;而如果10個I/O請求一次性提交的話,0.1秒就全部完成,在1秒的採樣周期里%util只有10%。可見,即使%util高達100%,硬碟也仍然有可能還有餘力處理更多的I/O請求,即沒有達到飽和狀態。那麼iostat(1)有沒有哪個指標可以衡量硬碟設備的飽和程度呢?很遺憾,沒有。

await多大才算有問題
await是單個I/O所消耗的時間,包括硬碟設備處理I/O的時間和I/O請求在kernel隊列中等待的時間,正常情況下隊列等待時間可以忽略不計,姑且把await當作衡量硬碟速度的指標吧,那麼多大算是正常呢?
對於SSD,從0.0x毫秒到1.x毫秒不等,具體看產品手冊;
對於機械硬碟,可以參考以下文檔中的計算方法:
http://cseweb.ucsd.edu/classes/wi01/cse102/sol2.pdf
大致來說一萬轉的機械硬碟是8.38毫秒,包括尋道時間、旋轉延遲、傳輸時間。
在實踐中,要根據應用場景來判斷await是否正常,如果I/O模式很隨機、I/O負載比較高,會導致磁頭亂跑,尋道時間長,那麼相應地await要估算得大一些;如果I/O模式是順序讀寫,只有單一進程產生I/O負載,那麼尋道時間和旋轉延遲都可以忽略不計,主要考慮傳輸時間,相應地await就應該很小,甚至不到1毫秒。在以下實例中,await是7.50毫秒,似乎並不大,但考慮到這是一個dd測試,屬於順序讀操作,而且只有單一任務在該硬碟上,這裡的await應該不到1毫秒才算正常:

 

Device:         rrqm/s   wrqm/s     r/s     w/s   rsec/s   wsec/s avgrq-sz avgqu-sz   await  svctm  %util
sdg               0.00     0.00  133.00    0.00  2128.00     0.00    16.00     1.00    7.50   7.49  99.60

  

對磁碟陣列來說,因為有硬體緩存,寫操作不等落盤就算完成,所以寫操作的service time大大加快了,如果磁碟陣列的寫操作不在一兩個毫秒以內就算慢的了;讀操作則未必,不在緩存中的數據仍然需要讀取物理硬碟,單個小數據塊的讀取速度跟單盤差不多。

 


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