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    Linux iostat监测IO状态

    Linux ipcpu 24395浏览

    本文最后一次修改时间 2011-07-18 15：47

    Linux系统出现了性能问题，一般我们可以通过top、iostat、free、vmstat等命令来查看初步定位问题。其中iostat可以给我们提供丰富的IO状态数据。

    iostat属于sysstat软件包。可以用yum install sysstat 直接安装。

    Sysstat 软件包集成如下工具：

    * iostat 工具提供CPU使用率及硬盘吞吐效率的数据；
    * mpstat 工具提供单个处理器或多个处理器相关数据；
    * sar 工具负责收集、报告并存储系统活跃的信息；
    * sa1 工具负责收集并存储每天系统动态信息到一个二进制的文件中。它是通过计划任务工具cron来运行，是为sadc所设计的程序前端程序；
    * sa2 工具负责把每天的系统活跃性息写入总结性的报告中。它是为sar所设计的前端 ，要通过cron来调用
    * sadc 是系统动态数据收集工具，收集的数据被写一个二进制的文件中，它被用作sar工具的后端；
    * sadf 显示被sar通过多种格式收集的数据；

    1. 基本使用

    $iostat -d -k 1 10

    参数 -d 表示，显示设备（磁盘）使用状态；-k某些使用block为单位的列强制使用Kilobytes为单位；1 10表示，数据显示每隔1秒刷新一次，共显示10次。

    $iostat -d -k 1 10
Device: tps kB_read/s kB_wrtn/s kB_read kB_wrtn
sda 39.29 21.14 1.44 441339807 29990031
sda1 0.00 0.00 0.00 1623 523
sda2 1.32 1.43 4.54 29834273 94827104
sda3 6.30 0.85 24.95 17816289 520725244
sda5 0.85 0.46 3.40 9543503 70970116
sda6 0.00 0.00 0.00 550 236
sda7 0.00 0.00 0.00 406 0
sda8 0.00 0.00 0.00 406 0
sda9 0.00 0.00 0.00 406 0
sda10 60.68 18.35 71.43 383002263 1490928140
 
Device: tps kB_read/s kB_wrtn/s kB_read kB_wrtn
sda 327.55 5159.18 102.04 5056 100
sda1 0.00 0.00 0.00 0 0<span id="more-998"></span>

    解释：
    tps：表示每秒钟输出到物理磁盘的传输次数。一次传输就是一个对物理磁盘的 I/O 请求。多个逻辑请求可被并为对磁盘的一个单一 I／O 请求。
    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；这些单位都为Kilobytes。
    上面的例子中，我们可以看到磁盘sda以及它的各个分区的统计数据，当时统计的磁盘总TPS是39.29，下面是各个分区的TPS。（因为是瞬间值，所以总TPS并不严格等于各个分区TPS的总和）

    2. -x 参数
    使用-x参数我们可以获得更多统计信息。

    iostat -d -x -k 1 10
Device: rrqm/s wrqm/s <span style="color: #00ff00;">r/s w/s</span> rsec/s wsec/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz <span style="color: #00ff00;">await svctm %util</span>
sda 1.56 28.31 <span style="color: #00ff00;">7.80 31.49</span> 42.51 2.92 21.26 1.46 1.16 0.03 <span style="color: #00ff00;">0.79 2.62 10.28</span>
Device: rrqm/s wrqm/s <span style="color: #00ff00;">r/s w/s</span> rsec/s wsec/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz <span style="color: #00ff00;">await svctm %util</span>
sda 2.00 20.00 <span style="color: #00ff00;">381.00 7.00</span> 12320.00 216.00 6160.00 108.00 32.31 1.75 <span style="color: #00ff00;">4.50 2.17 84.20</span>

    rrqm/s: 每秒进行 merge 的读操作数目。
    wrqm/s: 每秒进行 merge 的写操作数目。
    r/s: 每秒完成的读 I/O 设备次数。
    w/s: 每秒完成的写 I/O 设备次数。
    rsec/s: 每秒读扇区数。
    wsec/s: 每秒写扇区数。
    rkB/s: 每秒读K字节数。是 rsect/s 的一半，因为每扇区大小为512字节。(需要计算)
    wkB/s: 每秒写K字节数。是 wsect/s 的一半。(需要计算)
    avgrq-sz: 平均每次设备I/O操作的数据大小 (扇区)。
    avgqu-sz: 平均I/O队列长度。
    await: 平均每次设备I/O操作的等待时间 (毫秒)。
    svctm: 平均每次设备I/O操作的服务时间 (毫秒)。
    %util: 一秒中有百分之多少的时间用于 I/O 操作。
    关于Merge的解释：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

    await：每一个IO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。

    %util：在统计时间内所有处理IO时间，除以总共统计时间。例如，如果 统计间隔1秒，该 设备有0.8秒在处理IO，而0.2秒闲置，那么该设备的%util = 0.8/1 = 80%，所以该参数暗示了设备的繁忙程度。一般地，如果该参数是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）。

    3. -c 参数

    iostat还可以用来获取cpu部分状态值：

    $iostat -c 1 10
avg-cpu: %user %nice %sys %iowait %idle
1.98 0.00 0.35 11.45 86.22
avg-cpu: %user %nice %sys %iowait %idle
1.62 0.00 0.25 34.46 63.67

    4. 常见用法

    $iostat -d -k 1 10 #查看TPS和吞吐量信息
$iostat -d -x -k 1 10 #查看设备使用率（%util）、响应时间（await）
$iostat -c 1 10 #查看cpu状态

    5. 实例分析

    #iostat -d -k 1 |grep sda10
Device: tps kB_read/s kB_wrtn/s kB_read kB_wrtn
sda10 60.72 18.95 71.53 395637647 1493241908
sda10 299.02 4266.67 129.41 4352 132
sda10 483.84 4589.90 4117.17 4544 4076
sda10 218.00 3360.00 100.00 3360 100
sda10 546.00 8784.00 124.00 8784 124
sda10 827.00 13232.00 136.00 13232 136

    上面看到，磁盘每秒传输次数平均约400；每秒磁盘读取约5MB，写入约1MB。

    #iostat -d -x -k 1
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rsec/s wsec/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util
sda 1.56 28.31 7.84 31.50 43.65 3.16 21.82 1.58 1.19 0.03 0.80 2.61 10.29
sda 1.98 24.75 419.80 6.93 13465.35 253.47 6732.67 126.73 32.15 2.00 4.70 2.00 85.25
sda 3.06 41.84 444.90 54.08 14204.08 2048.98 7102.04 1024.49 32.57 2.10 4.21 1.85 92.24

    可以看到磁盘的平均响应时间<5ms，磁盘使用率>80。磁盘响应正常，但是已经很繁忙了。

    svctm 一般要小于 await (因为同时等待的请求的等待时间被重复计算了)，svctm 的大小一般和磁盘性能有关，CPU/内存的负荷也会对其有影响，请求过多也会间接导致 svctm 的增加。await 的大小一般取决于服务时间(svctm) 以及 I/O 队列的长度和 I/O 请求的发出模式。如果 svctm 比较接近 await，说明 I/O 几乎没有等待时间；如果 await 远大于 svctm，说明 I/O 队列太长，应用得到的响应时间变慢，如果响应时间超过了用户可以容许的范围，这时可以考虑更换更快的磁盘，调整内核 elevator 算法，优化应用，或者升级 CPU。

    下面是别人写的这个参数输出的分析

    iostat -x 1
avg-cpu: %user %nice %sys %idle
16.24 0.00 4.31 79.44
Device: rrqm/s wrqm/s <span style="color: #00ff00;">r/s w/s</span> rsec/s wsec/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz <span style="color: #00ff00;">await svctm %util</span>
/dev/cciss/c0d0
0.00 44.90 1.02 <span style="color: #00ff00;">27.55 8.16</span> 579.59 4.08 289.80 20.57 22.35 <span style="color: #00ff00;">78.21 5.00 14.29</span>

    上面的 iostat 输出表明秒有 28.57 次设备 I/O 操作: 总IO(io)/s = r/s(读) +w/s(写) = 1.02+27.55 = 28.57 (次/秒) 其中写操作占了主体 (w:r = 27:1)。

    平均每次设备 I/O 操作只需要 5ms 就可以完成，但每个 I/O 请求却需要等上 78ms，为什么? 因为发出的 I/O 请求太多 (每秒钟约 29 个)，假设这些请求是同时发出的，那么平均等待时间可以这样计算:

    平均等待时间 = 单个 I/O 服务时间 * ( 1 + 2 + … + 请求总数-1) / 请求总数

    应用到上面的例子: 平均等待时间 = 5ms * (1+2+…+28)/29 = 70ms，和 iostat 给出的78ms 的平均等待时间很接近。这反过来表明 I/O 是同时发起的。

    每秒发出的 I/O 请求很多 (约 29 个)，平均队列却不长 (只有 2 个 左右)，这表明这 29 个请求的到来并不均匀，大部分时间 I/O 是空闲的。

    一秒中有 14.29% 的时间 I/O 队列中是有请求的，也就是说，85.71% 的时间里 I/O 系统无事可做，所有 29 个 I/O 请求都在142毫秒之内处理掉了。

    delta(ruse+wuse)/delta(io) = await = 78.21 => delta(ruse+wuse)/s =78.21 * delta(io)/s = 78.21*28.57 = 2232.8，表明每秒内的I/O请求总共需要等待2232.8ms。所以平均队列长度应为 2232.8ms/1000ms = 2.23，而 iostat 给出的平均队列长度 (avgqu-sz) 却为 22.35，为什么?! 因为 iostat 中有 bug，avgqu-sz 值应为 2.23，而不是 22.35。

    参考资料：

    http://www.orczhou.com/index.php/2010/03/iostat-detail/

    http://www.php-oa.com/2009/02/03/iostat.html

    http://www.51testing.com/?uid-159438-action-viewspace-itemid-108553

    精彩评论：

     戒往 | #1
    May 29, 2011 at 1:06 pm
    我一般是用top看看wa%是多少.
    用这个好像只能看到每个硬盘IO有多少,还是无法查看某个进程的IO占用?
    perfgeeks | #2
    December 2, 2011 at 2:21 pm
    #1
    iostat统计的是磁盘设置。进程进行的IO，比如网络IO，磁盘IO(read(),write()，fsync())并不能通过iostat 统计。Linux为了快速响应进程，使用OS page cache，多次write()，有可能合并成一次disk请求。即read()/write()逻辑请求，合并后进行disk请求，才是此文说的设备请 求。不通，可以通过strace进行进程IO统计。

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