性能测试进阶指南——基础篇之磁盘IO

本文旨在帮助测试人员对性能测试常用指标做一个简单的讲解，主要包括CPU、内存、磁盘和网络带宽等系统资源，本文仅仅局限于Linux系统，Windows Server系统暂不做考虑。

使用iostat分析IO性能

对于I/O-bond类型的进程，我们经常用iostat工具查看进程IO请求下发的数量、系统处理IO请求的耗时，进而分析进程与操作系统的交互过程中IO方面是否存在瓶颈。

下面通过iostat命令使用实例，说明使用iostat查看IO请求下发情况、系统IO处理能力的方法，以及命令执行结果中各字段的含义。

1.不加选项执行iostat

我们先来看直接执行iostat的输出结果：

[root@10.15.107.147 ~]# iostat
Linux 2.6.18-164.el5 (localhost.localdomain)    05/09/2014      _x86_64_        (8 CPU)

avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
       0.50    0.00    0.46    0.00    0.00   99.04

Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
cciss/c0d0        5.31         2.98       101.18    4822763  163804574
dm-0             25.39         2.98       101.18    4820813  163804504
dm-1              0.00         0.00         0.00        448          0

单独执行iostat，显示的结果为从系统开机到当前执行时刻的统计信息。以上输出中，除最上面指示系统版本、主机名和日期的一行外，另有两部分：

avg-cpu: 总体cpu使用情况统计信息，对于多核cpu，这里为所有cpu的平均值

Device: 各磁盘设备的IO统计信息

对于cpu统计信息一行，我们主要看iowait的值，它指示cpu用于等待io请求完成的时间。Device中各列含义如下：

• Device: 以sdX形式显示的设备名称
• tps: 每秒进程下发的IO读、写请求数量
• Blk_read/s: 每秒读扇区数量(一扇区为512bytes)
• Blk_wrtn/s: 每秒写扇区数量
• Blk_read: 取样时间间隔内读扇区总数量
• Blk_wrtn: 取样时间间隔内写扇区总数量

我们可以使用-c选项单独显示avg-cpu部分的结果，使用-d选项单独显示Device部分的信息。

2.指定采样时间间隔与采样次数

与sar命令一样，我们可以以”iostat interval [count] ”形式指定iostat命令的采样间隔和采样次数：

[root@10.15.107.147 ~]# iostat -d 1 2
Linux 2.6.18-164.el5 (localhost.localdomain)    05/09/2014      _x86_64_        (8 CPU)

Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
cciss/c0d0        5.31         2.98       101.18    4822763  163821942
dm-0             25.39         2.98       101.18    4820813  163821872
dm-1              0.00         0.00         0.00        448          0

Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
cciss/c0d0        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

以上命令输出Device的信息，采样时间为1秒，采样2次，若不指定采样次数，则iostat会一直输出采样信息，直到按”ctrl+c”退出命令。注意，第1次采样信息与单独执行iostat的效果一样，为从系统开机到当前执行时刻的统计信息。

3.以kB为单位显示读写信息(-k选项)

我们可以使用-k选项，指定iostat的部分输出结果以kB为单位，而不是以扇区数为单位：

[root@10.15.107.147 ~]# iostat -d -k
Linux 2.6.18-164.el5 (localhost.localdomain)    05/09/2014      _x86_64_        (8 CPU)

Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
cciss/c0d0        5.31         2.98       101.18    4822763  163830126
dm-0             25.39         2.98       101.18    4820813  163830056
dm-1              0.00         0.00         0.00        448          0

以上输出中，kB_read/s、kB_wrtn/s、kB_read和kB_wrtn的值均以kB为单位，相比以扇区数为单位，这里的值为原值的一半(1kB=512bytes*2)

4.更详细的io统计信息(-x选项)

为显示更详细的io设备统计信息，我们可以使用-x选项，在分析io瓶颈时，一般都会开启-x选项：

[root@10.15.107.147 ~]# iostat -x -k -d 1
Linux 2.6.18-164.el5 (localhost.localdomain)    05/09/2014      _x86_64_        (8 CPU)

Device:         rrqm/s   wrqm/s     r/s     w/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await r_await w_await  svctm  %util

......

cciss/c0d0        0.03    20.05    0.07    5.24     2.98   101.18    39.22     0.00    0.38    2.17    0.36   0.10   0.05
dm-0              0.00     0.00    0.09   25.30     2.98   101.18     8.20     0.02    0.86    2.39    0.86   0.02   0.05
dm-1              0.00     0.00    0.00    0.00     0.00     0.00     8.00     0.00    3.16    3.16    0.00   0.30   0.00

以上各列的含义如下：

rrqm/s: 每秒对该设备的读请求被合并次数，文件系统会对读取同块(block)的请求进行合并

wrqm/s: 每秒对该设备的写请求被合并次数

r/s: 每秒完成的读次数

w/s: 每秒完成的写次数

rkB/s: 每秒读数据量(kB为单位)

wkB/s: 每秒写数据量(kB为单位)

avgrq-sz:平均每次IO操作的数据量(扇区数为单位)

avgqu-sz: 平均等待处理的IO请求队列长度

await: 平均每次IO请求等待时间(包括等待时间和处理时间，毫秒为单位)，这里可以理解为IO的响应时间，一般地系统IO响应时间应该低于5ms，如果大于10ms就比较大了。

svctm: 平均每次IO请求的处理时间(毫秒为单位)，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。

%util: 采用周期内用于IO操作的时间比率，即IO队列非空的时间比率，该参数暗示了设备的繁忙程度。一般地，如果该参数是100%表示设备已经接近满负荷运行了（当然如果是多磁盘，即使%util是100%，因为磁盘的并发能力，所以磁盘使用未必就到了瓶颈）。

对于以上示例输出，我们可以获取到以下信息：

每秒向磁盘上写101.18KB左右数据(wkB/s值)

每秒有5.31(cciss/c0d0)和25.39(dm-0)次IO操作(r/s+w/s)，其中以写操作为主体

平均每次IO请求等待处理的时间为 0.38、0.86、3.16 毫秒，处理耗时为0.10、0.02 和0.30毫秒

等待处理的IO请求队列中，平均有0.00、0.02、0.00个请求驻留

以上各值之间也存在联系，我们可以由一些值计算出其他数值，例如：

util = (r/s+w/s) * (svctm/1000)

对于上面的例子有：util = (0.07+5.24)*(0.10/1000) = 0.000531