Linux磁盘I/O性能监控之iostat详解

Posted 2020-10-14

iostat 监视I/O子系统

iostat是I/O statistics（输入/输出统计）的缩写，用来动态监视系统的磁盘操作活动。

1. 命令格式

iostat[参数][时间][次数]

2. 命令功能

通过iostat方便查看CPU、网卡、tty设备、磁盘、CD-ROM 等等设备的活动情况, 负载信息。

3. 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

4. 工具实例

实例1：显示所有设备负载情况

/root$iostat
Linux 2.6.32-279.el6.x86_64 (colin)   07/16/2014      _x86_64_        (4 CPU)

avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
10.81    0.00   14.11    0.18    0.00   74.90

Device:            tps   Blk_read/s   Blk_wrtn/s   Blk_read   Blk_wrtn
sda               1.95         1.48        70.88    9145160  437100644
dm-0              3.08         0.55        24.34    3392770  150087080
dm-1              5.83         0.93        46.49    5714522  286724168
dm-2              0.01         0.00         0.05      23930     289288

• cpu属性值说明：

• 
  

  • %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。

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。

• disk属性值说明：

• 
  

  • 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，因为每扇区大小为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)。

  • 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，即被io消耗的cpu百分比

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。

实例2：定时显示所有信息

/root$iostat 2 3
Linux 2.6.32-279.el6.x86_64 (colin)   07/16/2014      _x86_64_        (4 CPU)

avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
10.81    0.00   14.11    0.18    0.00   74.90

Device:            tps   Blk_read/s   Blk_wrtn/s   Blk_read   Blk_wrtn
sda               1.95         1.48        70.88    9145160  437106156
dm-0              3.08         0.55        24.34    3392770  150088376
dm-1              5.83         0.93        46.49    5714522  286728384
dm-2              0.01         0.00         0.05      23930     289288

avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
22.62    0.00   19.67    0.26    0.00   57.46

Device:            tps   Blk_read/s   Blk_wrtn/s   Blk_read   Blk_wrtn
sda               2.50         0.00        28.00          0         56
dm-0              0.00         0.00         0.00          0          0
dm-1              3.50         0.00        28.00          0         56
dm-2              0.00         0.00         0.00          0          0

avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
22.69    0.00   19.62    0.00    0.00   57.69

Device:            tps   Blk_read/s   Blk_wrtn/s   Blk_read   Blk_wrtn
sda               0.00         0.00         0.00          0          0
dm-0              0.00         0.00         0.00          0          0
dm-1              0.00         0.00         0.00          0          0
dm-2              0.00         0.00         0.00          0          0

说明：每隔 2秒刷新显示，且显示3次

实例3：查看TPS和吞吐量

/root$iostat -d -k 1 1
Linux 2.6.32-279.el6.x86_64 (colin)   07/16/2014      _x86_64_        (4 CPU)

Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
sda               1.95         0.74        35.44    4572712  218559410
dm-0              3.08         0.28        12.17    1696513   75045968
dm-1              5.83         0.46        23.25    2857265  143368744
dm-2              0.01         0.00         0.02      11965     144644

• tps：该设备每秒的传输次数（Indicate the number of transfers per second that were issued to the device.）。“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；

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1.95，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）

实例4：查看设备使用率（%util）和响应时间（await）

/root$iostat -d -x -k 1 1
Linux 2.6.32-279.el6.x86_64 (colin)   07/16/2014      _x86_64_        (4 CPU)

Device:         rrqm/s   wrqm/s     r/s     w/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await  svctm  %util
sda               0.02     7.25    0.04    1.90     0.74    35.47    37.15     0.04   19.13   5.58   1.09
dm-0              0.00     0.00    0.04    3.05     0.28    12.18     8.07     0.65  209.01   1.11   0.34
dm-1              0.00     0.00    0.02    5.82     0.46    23.26     8.13     0.43   74.33   1.30   0.76
dm-2              0.00     0.00    0.00    0.01     0.00     0.02     8.00     0.00    5.41   3.28   0.00

• rrqm/s： 每秒进行 merge 的读操作数目.即 delta(rmerge)/s

• wrqm/s： 每秒进行 merge 的写操作数目.即 delta(wmerge)/s

• r/s： 每秒完成的读 I/O 设备次数.即 delta(rio)/s

• w/s： 每秒完成的写 I/O 设备次数.即 delta(wio)/s

• rsec/s： 每秒读扇区数.即 delta(rsect)/s

• wsec/s： 每秒写扇区数.即 delta(wsect)/s

• 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).delta(rsect+wsect)/delta(rio+wio)

• avgqu-sz：平均I/O队列长度.即 delta(aveq)/s/1000 (因为aveq的单位为毫秒).

• await： 平均每次设备I/O操作的等待时间 (毫秒).即 delta(ruse+wuse)/delta(rio+wio)

• svctm： 平均每次设备I/O操作的服务时间 (毫秒).即 delta(use)/delta(rio+wio)

• %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，即 delta(use)/s/1000 (因为use的单位为毫秒)

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。 idle小于70% IO压力就较大了，一般读取速度有较多的wait。 同时可以结合vmstat 查看查看b参数(等待资源的进程数)和wa参数(IO等待所占用的CPU时间的百分比，高过30%时IO压力高)。

另外 await 的参数也要多和 svctm 来参考。差的过高就一定有 IO 的问题。

avgqu-sz 也是个做 IO 调优时需要注意的地方，这个就是直接每次操作的数据的大小，如果次数多，但数据拿的小的话，其实 IO 也会很小。如果数据拿的大，才IO 的数据会高。也可以通过 avgqu-sz × ( r/s or w/s ) = rsec/s or wsec/s。也就是讲，读定速度是这个来决定的。

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。

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。

• 形象的比喻：

• 
  

  • r/s+w/s 类似于交款人的总数

  • 平均队列长度(avgqu-sz)类似于单位时间里平均排队人的个数

  • 平均服务时间(svctm)类似于收银员的收款速度

  • 平均等待时间(await)类似于平均每人的等待时间

  • 平均I/O数据(avgrq-sz)类似于平均每人所买的东西多少

  • I/O 操作率 (%util)类似于收款台前有人排队的时间比例

设备IO操作:总IO(io)/s = r/s(读) +w/s(写)

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

每秒发出的I/0请求很多,但是平均队列就4,表示这些请求比较均匀,大部分处理还是比较及时。

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