初探diskstats

内核很多重要子系统均通过proc文件的方式，将自身的一些统计信息输出，方便最终用户查看各子系统的运行状态，这些统计信息被称为metrics。 直接查看metrics并不能获取到有用的信息，一般都是由特定的应用程序(htop/sar/iostat等)每隔一段时间读取相关metrics，并进行相应计算，给出更具用户可读性的输出。 常见的metrics文件有：
• cpu调度统计信息的/proc/stat
• cpu负载统计信息的/proc/loadavg
通用块设备层也有一个重要的统计信息
• /proc/diskstats内核通过diskstats文件，将通用块设备层的一些重要指标以文件的形式呈现给用户

首先来看下diskstats里面都有些什么，下面截取的是一个diskstats文件内容：

虽然如上面提到的，这些数字看上去完全没有规律。不过若想研究内核通用块设备层的统计实现方式，还是得一个一个字段的分析。

# cat /proc/diskstats
   2       0 fd0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
  11       0 sr0 18 0 2056 98 0 0 0 0 0 90 98
   8       0 sda 5941 81 508270 54421 2051 3068 49868 15639 0 13973 69944
   8       1 sda1 159 0 9916 304 11 2 68 28 0 292 332
   8       2 sda2 5751 81 495010 54034 2040 3066 49800 15611 0 13834 69529
 253       0 dm-0 5662 0 485850 54998 5106 0 49800 31524 0 13807 86522
 253       1 dm-1 90 0 4920 156 0 0 0 0 0 123 156

　　

/proc/diskstats有11（从F4开始）个字段，以下内核文档解释了它们的含义https://www.kernel.org/doc/Documentation/iostats.txt，我重新表述了一下，注意除了字段#9（F12）之外都是累计值，从系统启动之后一直累加：
1. (rd_ios)读操作的次数。
2. (rd_merges)合并读操作的次数。如果两个读操作读取相邻的数据块时，可以被合并成一个，以提高效率。合并的操作通常是I/O scheduler（也叫elevator）负责的。
3. (rd_sectors)读取的扇区数量。
4. (rd_ticks)读操作消耗的时间（以毫秒为单位）。每个读操作从__make_request()开始计时，到end_that_request_last()为止，包括了在队列中等待的时间。
5. (wr_ios)写操作的次数。
6. (wr_merges)合并写操作的次数。
7. (wr_sectors)写入的扇区数量。
8. (wr_ticks)写操作消耗的时间（以毫秒为单位）。
9. (in_flight)当前未完成的I/O数量。在I/O请求进入队列时该值加1，在I/O结束时该值减1。
注意：是I/O请求进入队列时，而不是提交给硬盘设备时。
10. (io_ticks)该设备用于处理I/O的自然时间(wall-clock time)。
请注意io_ticks与rd_ticks(字段#4)和wr_ticks(字段#8)的区别，rd_ticks和wr_ticks是把每一个I/O所消耗的时间累加在一起，因为硬盘设备通常可以并行处理多个I/O，所以rd_ticks和wr_ticks往往会比自然时间大。而io_ticks表示该设备有I/O（即非空闲）的时间，不考虑I/O有多少，只考虑有没有。在实际计算时，字段#9(in_flight)不为零的时候io_ticks保持计时，字段#9(in_flight)为零的时候io_ticks停止计时。
11. (time_in_queue)对字段#10(io_ticks)的加权值。字段#10(io_ticks)是自然时间，不考虑当前有几个I/O，而time_in_queue是用当前的I/O数量（即字段#9 in-flight）乘以自然时间。虽然该字段的名称是time_in_queue，但并不真的只是在队列中的时间，其中还包含了硬盘处理I/O的时间。iostat在计算avgqu-sz时会用到这个字段。

以sda磁盘为例：
8 0 sda 5941 81 508270 54421 2051 3068 49868 15639 0 13973 69944

　　

域	Value	Quoted	解释
F1	8	major number	此块设备的主设备号
F2	0	minor mumber	此块设备的次设备号
F3	sda	device name	此块设备名字
F4	5941	reads completed successfully	成功完成的读请求次数
F5	81	reads merged	读请求的次数
F6	508270	sectors read	读请求的扇区数总和
F7	54421	time spent reading (ms)	读请求花费的时间总和
F8	2051	writes completed	成功完成的写请求次数
F9	3068	writes merged	写请求合并的次数
F10	49868	sectors written	写请求的扇区数总和
F11	15639	time spent writing (ms)	写请求花费的时间总和
F12	0	I/Os currently in progress	次块设备队列中的IO请求数
F13	13973	time spent doing I/Os (ms)	块设备队列非空时间总和
F14	69944	weighted time spent doing I/Os (ms)	块设备队列非空时间加权总和

流程图
下图是Linux内核通用块设备层IO请求处理的完整流程，如图例所示，所有的统计相关处理均有用不同颜色标注。 在进行深入分析前，请大致浏览图片，对整个流程有一个大致印象。

更详细的内容，请阅读：http://ykrocku.github.io/blog/2014/04/11/diskstats/