Linux性能优化之磁盘I/O性能指标

　　讨论指标之前，得先解决两个概念：文件系统和磁盘I/O栈。

　　文件系统是什么？文件系统是在磁盘的基础上，提供了一个用来管理文件的树状结构。简言之，文件系统是树状结构，一种数据结构~逻辑上的概念。磁盘大家都比较熟悉了，硬件设备。借图描述下两者的关系：

　　　　

　　IO栈指Linux操作系统中的IO路径，算是其比较复杂的模块之一吧，结构如下：

　　　　

　　根据这张 I/O 栈的全景图，我们可以更清楚地理解，存储系统 I/O 的工作原理。
　　应用程序：
　　　　这没什么好说的，通过相关系统调用(如open/read/write)发起IO请求，属于IO请求的源头；
　　文件系统：
　　应用程序的请求直接到达文件系统层。文件系统又分为VFS和具体文件系统（ext3、ext4等），VFS对应用层提供统一的访问接口，而ext3等文件系统则实现了这些接口。另外，提高IO性能，在该层还实现了诸如page cache等功能。同时，用户也可以选择绕过page cache，而是直接使用direct模式进行IO（如数据库）。
　　块设备层：
　　　　文件系统将IO请求打包提交给块设备层，该层会对这些IO请求作合并、排序、调度等，然后以新的格式发往更底层。在该层次上实现了多种电梯调度算法，如cfq、deadline等。
　　SCSI层：
　　　　块设备层将请求发往SCSI层，SCSI就开始真实处理这些IO请求，但是SCSI层又对其内部按照功能划分了不同层次： *
　　SCSI高层：

　　　　高层驱动负责管理disk，接收块设备层发出的IO请求，打包成SCSI层可识别的命令格式，继续往下发； *
　　SCSI中层：

　　　　中层负责通用功能，如错误处理，超时重试等； * SCSI低层：底层负责识别物理设备，将其抽象提供给高层，同时接收高层派发的scsi命令，交给物理设备处理。

　　磁盘 I/O 性能监控的指标主要包括：

　　　　1) 每秒 I/O 数（ IOPS ）
　　　　　　一次磁盘的连续读或者连续写称为一次磁盘 I/O, 磁盘的 IOPS 就是每秒磁盘连续读次数和连续写次数之和。
　　　　2) 吞吐量（ Throughput）
　　　　　　指硬盘传输数据流的速度，传输数据为读出数据和写入数据的和。
　　　　3) 平均 I/O 数据尺寸
　　　　　　平均 I/O 数据尺寸为吞吐量除以 I/O 数目，该指标对揭示磁盘使用模式有重要意义。
　　　　4) 磁盘活动时间百分比（ Utilization） %util
　　　　　　磁盘处于活动时间的百分比，即磁盘利用率，磁盘在数据传输和处理命令处于活动状态。
　　　　5) 服务时间（ ServiceTime） svctm
　　　　　　指磁盘读或写操作执行的时间，包括寻道，数据传输等时间。
　　　　6) I/O 等待队列长度（ Queue Length）
　　　　　　指待处理的 I/O 请求的数目，如果 I/O 请求压力持续超出磁盘处理能力，该值将增加。
　　　　7) 等待时间（ Wait Time）
　　　　　　指磁盘读或写操作等待执行的时间，即在队列中排队的时间。