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I/O（Input/Output）在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色，而Linux系統(tǒng)I/O性能的優(yōu)化不僅可以提升系統(tǒng)的整體性能，還可以提高應(yīng)用程序?qū)/O的效率。本文將探討Linux系統(tǒng)I/O優(yōu)化的技巧和實(shí)踐，涉及文件系統(tǒng)、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)方面。
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1. 文件系統(tǒng)I/O優(yōu)化
1.1 使用ext4文件系統(tǒng)
ext4（fourth extended filesystem）是Linux常用的文件系統(tǒng)之一，它的出現(xiàn)解決了許多ext3文件系統(tǒng)存在的問題。相比于ext3，ext4支持更大的文件、更高的性能、更好的數(shù)據(jù)可靠性和更好的文件系統(tǒng)碎片管理等方面，使得它成為Linux下首選的文件系統(tǒng)之一。可以通過以下命令查看當(dāng)前系統(tǒng)使用的文件系統(tǒng)類型：
“`
df -Th
“`
1.2 避免文件系統(tǒng)碎片
文件系統(tǒng)碎片指的是文件在磁盤中不連續(xù)存儲(chǔ)的現(xiàn)象，采用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)硬盤的機(jī)器上，文件系統(tǒng)碎片會(huì)對(duì)I/O操作造成極大的影響。因此，文件系統(tǒng)碎片需要盡可能地避免。Linux系統(tǒng)提供了幾個(gè)工具來幫助減少文件系統(tǒng)碎片：
– 定期運(yùn)行e2fsck檢查磁盤文件系統(tǒng)的健康狀態(tài)，矯正文件系統(tǒng)碎片；
– 定期運(yùn)行fstrim定期清除SSD設(shè)備中未使用的數(shù)據(jù)塊，從而避免碎片。
1.3 選擇適合的文件系統(tǒng)緩存策略
文件系統(tǒng)緩存是一種提高文件訪問速度的技術(shù)，在Linux系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)緩存策略通常包括以下幾種：
– writeback：延遲寫入數(shù)據(jù)，減少I/O操作次數(shù)；
– writethrough：每次寫操作，都要把數(shù)據(jù)寫入磁盤；
– none：禁用文件系統(tǒng)緩存，所有數(shù)據(jù)操作均通過調(diào)用read和write系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行。
通常情況下，writeback是最常用的文件系統(tǒng)緩存策略。但在一些對(duì)數(shù)據(jù)一致性要求比較高的場(chǎng)景下，如數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，可以考慮選用writethrough策略，以保證數(shù)據(jù)操作的一致性。
2. 塊設(shè)備I/O優(yōu)化
塊設(shè)備I/O性能的優(yōu)化通常需要通過調(diào)整磁盤調(diào)度器、更改內(nèi)核IO調(diào)度器、使用高效的存儲(chǔ)介質(zhì)等方式進(jìn)行。
2.1 調(diào)整磁盤調(diào)度器
磁盤調(diào)度器是影響塊設(shè)備I/O性能的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。Linux系統(tǒng)提供了多種不同的磁盤調(diào)度器，包括CFQ、Noop、Deadline等。不同的磁盤調(diào)度器在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下，可能會(huì)有不同的性能表現(xiàn)。因此，在具體進(jìn)行調(diào)優(yōu)時(shí)，可以依據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要選擇適合的磁盤調(diào)度器。
2.2 更改內(nèi)核IO調(diào)度器
內(nèi)核IO調(diào)度器是負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)用程序的I/O請(qǐng)求進(jìn)行調(diào)度的核心組件，其目的是讓每個(gè)應(yīng)用程序都能夠得到公平的I/O服務(wù)，保證系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過修改內(nèi)核IO調(diào)度器中的一些參數(shù)，來更改調(diào)度策略和權(quán)重的分配，從而提高系統(tǒng)性能。
2.3 使用高效的存儲(chǔ)介質(zhì)
傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)硬盤和固態(tài)硬盤的I/O操作時(shí)間較長，而使用高效的存儲(chǔ)介質(zhì)可以有效地提高I/O操作的速度。例如，通過使用NVMe SSD、RD等存儲(chǔ)技術(shù)，可以有效地提高塊設(shè)備I/O性能。
3. 網(wǎng)絡(luò)I/O優(yōu)化
網(wǎng)絡(luò)I/O性能優(yōu)化的目標(biāo)是盡量減少等待時(shí)間、降低延遲和提升系統(tǒng)吞吐量，以提高應(yīng)用程序性能。以下是一些優(yōu)化技巧：
3.1 調(diào)整TCP參數(shù)
TCP是一個(gè)面向連接的協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)通信中扮演中重要的角色。在Linux系統(tǒng)中，TCP協(xié)議有一些可配置參數(shù)，可以通過修改這些參數(shù)來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)I/O性能。例如，可以通過下述命令查看當(dāng)前系統(tǒng)中TCP協(xié)議的相關(guān)參數(shù)：
“`
sysctl -a | grep net.ipv4.tcp
“`
3.2 調(diào)整網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)置
Linux系統(tǒng)支持多種不同類型的網(wǎng)絡(luò)接口，如網(wǎng)卡、lo回環(huán)接口等。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，可以通過調(diào)整網(wǎng)絡(luò)接口的相關(guān)參數(shù)，來提高網(wǎng)絡(luò)I/O性能。
3.3 使用異步I/O技術(shù)
異步I/O技術(shù)是一種高效的I/O處理方式，它可以使應(yīng)用程序在等待I/O操作完成的同時(shí)繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。在Linux系統(tǒng)中，可以通過使用asyncio、epoll等異步I/O框架來實(shí)現(xiàn)異步I/O。
綜上所述，Linux系統(tǒng)I/O優(yōu)化技巧和實(shí)踐非常重要，可以明顯提高應(yīng)用程序性能，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，特別是在大規(guī)模高并發(fā)、大數(shù)據(jù)等場(chǎng)景下，效果尤為顯著。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體需求選擇適合的優(yōu)化策略和工具，以獲得更佳的效果。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- 如何查看Linux下進(jìn)程的IO活動(dòng)狀況 00 Hey，Linux
如何查看Linux下進(jìn)程的IO活動(dòng)狀況 00 Hey，Linux
前段時(shí)間，幾臺(tái)測(cè)試服務(wù)器的Web應(yīng)用響應(yīng)速度非常慢，系統(tǒng)負(fù)載也比較高，> 10， 但CPU和內(nèi)存卻很閑，于是懷疑是磁盤的性能瓶頸,通過vmstat和iostat看到IO的讀寫量非常大，尤其是用iostat -x 1命令可以很直觀的看到IO的使用率一直在100%。
但究竟是什么進(jìn)程導(dǎo)致的高IO呢，由于每臺(tái)服務(wù)器上都有JBoss和MySQL的存在，JBoss會(huì)不停的產(chǎn)生很多小的數(shù)據(jù)文件和生成文本數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，而MySQL則會(huì)不停的從Master同步新的數(shù)據(jù)。因此我們懷疑是這兩個(gè)進(jìn)程導(dǎo)致的高IO，通過停止了JBoss和MySQL之后，IO立刻降為0%. 但我們還是不能確定誰是主因，于是尋找可以查看特定進(jìn)程IO的方法。
最后，找到了兩個(gè)方法可以查看進(jìn)程IO的活動(dòng)狀況。
1. 之一個(gè)方法是通過一個(gè)python腳本來實(shí)現(xiàn)。
方法是將以下內(nèi)容另存為一個(gè)叫io.py的腳本中，然后直接以root身份執(zhí)行腳本，就可以看到如下圖所示的信息（由于我們已經(jīng)通過升級(jí)到SSD硬盤解決了MySQL的IO問題，所戚枝伏以不能提供關(guān)于MySQL的截圖了），其中出現(xiàn)次數(shù)最多，數(shù)據(jù)更大的進(jìn)程，就是導(dǎo)致高IO的高攜主因。不過比較遺憾的是這個(gè)腳本并不能顯示進(jìn)程在每一秒的準(zhǔn)確的IO讀寫。
# vim io.py
# chmod +x io.py
# ./io.py
#!/usr/bin/python
# Monitoring per-process disk I/O activity
# written by
import sys, os, time, signal, re
class DiskIO:
def __init__(self, pname=None, pid=None, reads=0, writes=0):
self.pname = pname
self.pid = pid
self.reads = 0
self.writes = 0
def main():
argc = len(sys.argv)
if argc != 1:
print “搭則usage: ./iotop”
sys.exit(0)
if os.getuid() != 0:
print “must be run as root”
sys.exit(0)
signal.signal(signal.SIGINT, signal_handler)
os.system(‘echo 1 > /proc/sys/vm/block_dump’)
print “TASKPIDREAD WRITE”
while True:
os.system(‘dmesg -c > /tmp/diskio.log’)
l =
f = open(‘/tmp/diskio.log’, ‘r’)
line = f.readline()
while line:
m = re.match(\
‘^(\S+)\((\d+)\): (READ|WRITE) block (\d+) on (\S+)’, line)
if m != None:
if not l:
l.append(DiskIO(m.group(1), m.group(2)))
line = f.readline()
continue
found = False
for item in l:
if item.pid == m.group(2):
found = True
if m.group(3) == “READ”:
item.reads = item.reads + 1
elif m.group(3) == “WRITE”:
item.writes = item.writes + 1
if not found:
l.append(DiskIO(m.group(1), m.group(2)))
line = f.readline()
time.sleep(1)
for item in l:
print “%-10s %10s %10d %10d” % \
(item.pname, item.pid, item.reads, item.writes)
def signal_handler(signal, frame):
os.system(‘echo 0 > /proc/sys/vm/block_dump’)
sys.exit(0)
if __name__==”__main__”:
main()
2. 另一個(gè)方法是將Linux的內(nèi)核升級(jí)到 >=2.6.20，然后安裝一個(gè)iotop軟件來實(shí)現(xiàn)。
不過這種改動(dòng)并不適用于生產(chǎn)環(huán)境，因?yàn)樵赗HEL5.6和5.7上，內(nèi)核都在 2.6.20以下。但是它所顯示的結(jié)果是非常準(zhǔn)確的，所以對(duì)于新上線的機(jī)器以及測(cè)試環(huán)境，非常值得一試，具體方法如下：
下載和升級(jí)新內(nèi)核（>=2.6.20），編譯時(shí)打開 TASK_DELAY_ACCT 和 TASK_IO_ACCOUNTING 選項(xiàng)。
解壓內(nèi)核后進(jìn)入配置界面：
# wget
# tar jxvf linux-2.6.39.tar.gz
# mv linux-2.6.39 /usr/src/
# cd /usr/src/linux-2.6.39
# make oldconfig //使用make oldconfig可以繼承老的kernel的配置，為自己的配置省去很多麻煩。
# make menuconfig
把General setup – Enable per-task storage I/O accounting這個(gè)選項(xiàng)選上。
# vim .config
將#CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2 is not set的注釋去掉的，將其改為y，即修改為CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2=y。
保存內(nèi)核后編譯內(nèi)核：
# make
# make modules
# make modules_install
# make install
修改默認(rèn)以新的內(nèi)核啟動(dòng)：
# vi /boot/grub/grub.conf
default=0
將新的內(nèi)核配置文件復(fù)制到/boot目錄：
# cp /usr/src/linux-2.6.39/.config /boot/config-2.6.39
重啟服務(wù)器：
# reboot
# uname –r
2.6.39
重啟完成后確認(rèn)內(nèi)核版本是否正確。
源碼安裝iotop所需的Python 2.7.2（>= 2.5）：
# wget
# tar xzvf Python-2.7.2.tgz
# cd Python-2.7.2
# ./configure
# make; make install
下載并安裝iotop：
# wget
# tar -xjvf iotop-0.4.4.tar.bz2
# cd iotop-0.4.4
# python setup.py build
# python setup.py install
然后就可以使用iotop看到如下圖所示的信息：
linux系統(tǒng)io的介紹就聊到這里吧，感謝你花時(shí)間閱讀本站內(nèi)容，更多關(guān)于linux系統(tǒng)io,Linux系統(tǒng)I/O優(yōu)化技巧與實(shí)踐,如何查看Linux下進(jìn)程的IO活動(dòng)狀況 00 Hey，Linux的信息別忘了在本站進(jìn)行查找喔。
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