Linux服务器I/O性能分析-2

一、如何正确分析IO性能

1.1 BLKTRACE分析IO性能

之前的文章已经说明，要是系统发生I/O性能问题，我们常用的命令是无法精确定位问题（内核I/O调度器消耗的时间和硬件消耗的时间，这个不能作为性能指标），这时候blktrace就可以用来分析，它记录了I/O整个过程，从中可以分析是I/O调度器慢还是硬件响应慢。

1.2 BLKTRACE原理

# man blktrace

DESCRIPTION：
　　blktrace  is  a  block  layer  IO tracing mechanism which provides detailed information about request queue operations up to user space.
　　There are three major components: a kernel component, a utility to record the i/o trace information for the kernel to  user  space,
　　andutilities  to  analyse  and view the trace information. 

# 大概意思就是说：
# blktrace是一个块层(block layer)IO跟踪机制，将请求队列的详细信息发送到用户空间
# 主要有三个组件：
# 1. 内核组件
# 2. 记录内核到用户空间的I/O追踪信息的程序
# 3. 分析、展示I/O追踪信息的程序

1.2.1 执行过程分析

• 可能会被Device Mapper映射到其它设备 Remap
• 可能会因为I/O请求size太大而被拆分成多个I/O请求  Split
• 可能因为与其它I/O请求的物理位置相邻而合并  Merge
• 然后通过Device driver交给硬件；如：分布式存储经过HBA、光纤、SAN交换机（网络）等最后到达存储设备，设备完成I/O请求之后再把结果返回给用户空间。如下图：

1.3 执行过程解析

通过blktrace将结果输出到屏幕，然后用blkparse将屏幕中的结果作为输入，最后将分析结果输出到屏幕，需要注意的是blktrace不具备分析功能，需要借助blkparse进行分析！！！

# blktrace -d /dev/sda -o - | blkparse -i -
  8,0    0        1     0.000000000  8702  A  WS 13104216 + 8 <- (8,3) 11258968
  8,0    0        2     0.000001717  8702  Q  WS 13104216 + 8 [mysqld]
  8,0    0        3     0.000003721  8702  G  WS 13104216 + 8 [mysqld]
  8,0    0        4     0.000004734  8702  I  WS 13104216 + 8 [mysqld]
  8,0    0        5     0.000006124  8702  D  WS 13104216 + 8 [mysqld]
  8,0    0        6     0.000035396     0  C  WS 13104216 + 8 [0]
  8,0    0        7     1.000409841  8702  A  WS 13104216 + 8 <- (8,3) 11258968
  8,0    0        8     1.000410566  8702  Q  WS 13104216 + 8 [mysqld]
  8,0    0        9     1.000412044  8702  G  WS 13104216 + 8 [mysqld]
  8,0    0       10     1.000412785  8702  I  WS 13104216 + 8 [mysqld]
  8,0    0       11     1.000413498  8702  D  WS 13104216 + 8 [mysqld]
  8,0    0       12     1.000438822     0  C  WS 13104216 + 8 [0]
  8,0    0       13     1.018085707 20501  A   W 96409432 + 8 <- (8,3) 94564184
  8,0    0       14     1.018085964 20501  Q   W 96409432 + 8 [kworker/u32:0]
  8,0    0       15     1.018086720 20501  G   W 96409432 + 8 [kworker/u32:0]
  8,0    0       16     1.018087010 20501  I   W 96409432 + 8 [kworker/u32:0]
  8,0    0       17     1.018087394 20501  D   W 96409432 + 8 [kworker/u32:0]
  8,0    0       18     1.018093866 20501  A   W 96411880 + 8 <- (8,3) 94566632
  8,0    0       19     1.018094103 20501  Q   W 96411880 + 8 [kworker/u32:0]
  8,0    0       20     1.018094495 20501  G   W 96411880 + 8 [kworker/u32:0]
  8,0    0       21     1.018094639 20501  I   W 96411880 + 8 [kworker/u32:0]
  8,0    0       22     1.018094963 20501  D   W 96411880 + 8 [kworker/u32:0]
  8,0    0       23     1.018106915     0  C   W 96409432 + 8 [0]

1.3.1 字段解释

• 第一列：主次设备号
• 第二列：CPU
• 第三列：序列号
• 第四列：时间戳
• 第五列：PID进程号
• 第六列：具体事件 后续详解
• 第七列：具体的动作(读、写等)
• 第八列：磁盘起始块 + 操作的块的数量
• 第九列：进程名和具体的命令

1.3.2 第六列解释

• A：IO被重新映射到不同的设备
• C：IO请求执行完毕
• D：IO请求进入Driver
• G：IO请求生成
• I：IO请求进入IO调度器队列
• M：IO返回与队列中的请求合并
• P： 当一个I/O入队一个空队列时，Linux会锁住这个队列，不处理该I/O，这样做是为了等待一会，看有没有新的I/O进来，可以合并
• Q：即将生成IO请求
• S：没有可用的request结构体，也就是I/O满了，只能等待有request结构体完成释放
• T：超时断开
• U：当队列中已经有I/O request时，会放开这个队列，准备向磁盘驱动发送该I/O。
• X： 对于做了Raid或进行了device mapper(dm)的设备，进来的IO可能需要切割，然后发送给不同的设备

1.3.3 第六列代表了IO经过的各阶段

1.3.4 IO的生命周期以及计算方法

• Q2G：生成IO请求所消耗的时间，包括remap和split的时间
• G2I：IO请求进入IO调度器所消耗的时间，包括了merge的时间
• I2D：IO请求在IO调度器中等待的时间
• D2C：IO请求在Driver上和硬件上所消耗的时间
• Q2C：整个IO请求所消耗的时间即：Q2I + I2D + D2C = Q2C
• 以上指标有助于进一步定位缓慢发生的地方
• D2C：可以作为硬件性能的指标
• I2D：可以作为IO调度器的性能指标

　  后续通过写脚本可以非常值观的统计IO读写数量、延迟、块大小等信息！