iostat 工具分析I/O性能

iostat命令
用途：主要用于监控系统设备的IO负载情况，iostat首次运行时显示自系统启动开始的各项统计信息，之后运行iostat将显示自上次运行该命令以后的统计信息。用户可以通过指定统计的次数和时间来获得所需的统计信息。
iostat有一个弱点，就是它不能对某个进程进行深入分析，仅对系统的整体情况进行分析。iostat属于sysstat软件包。可以用yum install sysstat 直接安装。

命令格式： 
iostat[参数][时间][次数]

命令参数：
• -C 显示CPU使用情况
• -d 显示磁盘使用情况
• -k 以 KB 为单位显示
• -m 以 M 为单位显示
• -N 显示磁盘阵列(LVM) 信息
• -n 显示NFS 使用情况
• -p[磁盘] 显示磁盘和分区的情况
• -t 显示终端和CPU的信息
• -x 显示详细信息
• -V 显示版本信息

CPU 属性值
• %user：CPU处在用户模式下的时间百分比。
• %nice：CPU处在带NICE值的用户模式下的时间百分比。
• %system：CPU处在系统模式下的时间百分比。
• %iowait：CPU等待输入输出完成时间的百分比。
• %steal：管理程序维护另一个虚拟处理器时，虚拟CPU的无意识等待时间百分比。
• %idle：CPU空闲时间百分比。

备注：
• 如果%iowait的值过高，表示硬盘存在I/O瓶颈，
• %idle值高，表示CPU较空闲，
• 如果%idle值高但系统响应慢时，有可能是CPU等待分配内存，此时应加大内存容量。
• %idle值如果持续低于10，那么系统的CPU处理能力相对较低，表明系统中最需要解决的资源是CPU。 

磁盘每一列的含义如下:
• rrqm/s:     每秒进行 merge 的读操作数目。 即 rmerge/s
• wrqm/s:     每秒进行 merge 的写操作数目。即 wmerge/s
• r/s:        每秒完成的读 I/O 设备次数。 即 rio/s
• w/s:        每秒完成的写 I/O 设备次数。即 wio/s
• rsec/s:        每秒读扇区数。即 rsect/s
• wsec/s:        每秒写扇区数。即 wsect/s
• rkB/s:        每秒读 K 字节数。是 rsect/s 的一半,因为扇区大小为 512 字节
• wkB/s:         每秒写 K 字节数。是 wsect/s 的一半
• 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)
       • r_await：每个读操作平均所需的时间=[Δrd_ticks/Δrd_ios]
           不仅包括硬盘设备读操作的时间，还包括了在kernel队列中等待的时间。
       • w_await：每个写操作平均所需的时间=[Δwr_ticks/Δwr_ios]
           不仅包括硬盘设备写操作的时间，还包括了在kernel队列中等待的时间。
• 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,或者说一秒中有多少时间 I/O 队列是非空的。
备注：
• 如果 %util 接近 100%，说明产生的I/O请求太多，I/O系统已经满负荷，该磁盘可能存在瓶颈。
• 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，io响应太慢，则需要进行必要优化。
• 如果avgqu-sz比较大，也表示有当量io在等待。    

对于以上示例输出，可以获取到以下信息：
1. 每秒向磁盘上写13M左右数据(wkB/s值)
2. 每秒有28次IO操作(r/s+w/s)，其中以写操作为主体
3. 平均每次IO请求等待处理的时间为82.19毫秒，处理耗时为15.66毫秒
4. 等待处理的IO请求队列中，平均有0.1个请求驻留

以上各值之间也存在联系，可以由一些值计算出其他数值，例如：
util = (r/s+w/s) * (svctm/1000)

怎么理解这里的字段呢?
以超市结账的例子来说明。 我们在超市排队结账时,怎么决定该去哪个收银台呢? 首先是看每个收银台的排队人数,5 个人总比 20 人要快吧?
除了数人头,我们也常常看看前面人购买的东西多少,如果前面有个采购了一星期食品的大妈, 那么可以考虑换个队排了。
还有就是收银员的速度了,如果碰上了连钱都点不清楚的新手,那就有的等了。
另外,时机也很重要,可能 5 分钟前还人满为患的收款台,现在已是人去楼空,这时候交款就很爽啊,当然,前提是那过去的 5 分钟里所做的事情比排队要有意义(不过我还没发现什么事情比排队还无聊的)。
I/O 系统也和超市排队有很多类似之处: 

• r/s+w/s        类似于交款人的总数
• avgqu-sz(平均队列长度):      类似于单位时间里平均排队的人数
• svctm(平均服务时间)          类似于收银员的收款速度
• await(平均等待时间)          类似于平均每人的等待时间
• avgrq-sz(平均 IO 数据)        类似于平均每人所买的东西多少
• %util(磁盘 IO 使用率)         类似于收款台前有人排队的时间比例。

可以根据这些数据分析出 I/O 请求的模式,以及 I/O 的速度和响应时间:
• 如果%util 接近 100%,说明产生的 I/O 请求太多,I/O 系统已经满负荷,该磁盘可能存在瓶颈。
• 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。一般来说 svctm < await,因为同时等待的请求的等待时间被重复计算了。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
• 队列长度(avgqu-sz)也可作为衡量系统 I/O 负荷的指标,但由于 avgqu-sz 是按照单位时间的平均值,所以不能反映瞬间的 I/O 洪水。
• 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。
• 如果%util 很大,而 rkB/s 和 wkB/s 很小,一般是因为磁盘存在较多的磁盘随机读写,最好把磁盘随机读写优化成顺序读写。

链接：https://www.linuxidc.com/Linux/2016-12/138242.htm

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