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Linux作為一種開源操作系統(tǒng)，在服務(wù)器領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。在大多數(shù)情況下，服務(wù)器需要處理大量的數(shù)據(jù)，因此文件系統(tǒng)的性能就變得尤為重要。其中，隨機讀寫性能是影響文件系統(tǒng)性能的一個重要參數(shù)。本文將詳細介紹Linux隨機讀寫性能的構(gòu)成、測試方法及對文件系統(tǒng)性能的影響。
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一、Linux隨機讀寫性能的構(gòu)成
在深入了解Linux隨機讀寫性能之前，需要了解以下幾個概念：
1. 順序讀寫
順序讀寫是在一個連續(xù)的地址范圍內(nèi)進行的讀寫操作。在順序讀寫的情況下，文件系統(tǒng)只需要通過一次物理磁盤訪問來讀取或?qū)懭胝麄€數(shù)據(jù)塊。
2. 隨機讀寫
隨機讀寫是指在不連續(xù)的地址范圍內(nèi)進行的讀寫操作。在隨機讀寫的情況下，文件系統(tǒng)需要訪問多個磁盤扇區(qū)來讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)塊。
在Linux中，隨機讀寫性能由以下三個部分構(gòu)成：
1. 文件系統(tǒng)性能
文件系統(tǒng)的性能是影響隨機讀寫性能的重要參數(shù)。不同的文件系統(tǒng)對隨機讀寫性能具有不同的影響。
2. 磁盤性能
磁盤的性能是影響隨機讀寫性能的另一個重要參數(shù)。磁盤的轉(zhuǎn)速、緩存大小以及磁盤的數(shù)據(jù)密度等因素都會對磁盤性能產(chǎn)生影響。
3. 控制器、緩存及接口性能
控制器、緩存及接口性能是影響隨機讀寫性能的另一個關(guān)鍵因素。這些組件的性能將決定數(shù)據(jù)在系統(tǒng)和磁盤之間的傳輸速度。
二、Linux隨機讀寫性能的測試方法
為了測試Linux隨機讀寫性能，可以使用以下方法：
1. dd命令
dd命令是一個Linux中的工具，可以通過使用該命令進行讀寫測試。以下是測試命令：
dd if=/dev/zero of=testfile bs=1M count=1024 conv=fdatasync
dd if=/dev/urandom of=testfile bs=1M count=1024
在上述命令中，if參數(shù)表示輸入文件名，of參數(shù)表示輸出文件名。bs參數(shù)表示塊大小，count參數(shù)表示塊數(shù)，conv參數(shù)表示轉(zhuǎn)換選項。
2. fio命令
fio命令是一個計算機性能測試工具，專門用于測試磁盤性能。以下是測試命令：
sudo fio –randrepeat=1 –ioengine=libo –direct=1 –gtod_reporting=1 –name=test –filename=random_read_write –bsrange=4k-4k –size=512M –readwrite=randread
在上述命令中，–randrepeat表示是否重復(fù)讀寫，–ioengine表示使用的io引擎，–direct表示是否使用直接io，–gtod_reporting表示是否啟用計時選項，–name表示測試任務(wù)名稱，–filename表示測試的文件名，–bsrange表示塊大小范圍，–size表示文件大小，–readwrite表示讀寫類型。
三、影響Linux隨機讀寫性能的因素
Linux隨機讀寫性能受到多種因素的影響，以下是一些主要因素：
1. 文件系統(tǒng)類型
文件系統(tǒng)類型對Linux隨機讀寫性能影響較大。XFS、EXT4、Btrfs等文件系統(tǒng)對隨機讀寫性能影響更大。
2. 磁盤接口類型
磁盤接口類型也是影響隨機讀寫性能的因素之一。SATA、SAS和NVMe等接口類型的性能有所不同。
3. 磁盤類型
不同磁盤類型（如HDD和SSD）的隨機讀寫性能也不同，SSD的性能高于HDD。
4. 塊大小
塊大小也會影響隨機讀寫性能。通常，較小的塊可以提高隨機讀寫性能。
5. 寫緩存
不同的寫緩存策略對隨機讀寫性能也有影響。內(nèi)存中的寫緩存（如write-back）可以提高隨機寫性能，而無緩存（如write-through）則可能降低隨機寫性能。
四、
通過深入了解Linux隨機讀寫性能的構(gòu)成、測試方法及對文件系統(tǒng)性能的影響，可以幫助我們更好地理解和優(yōu)化文件系統(tǒng)性能。隨機讀寫性能是文件系統(tǒng)性能的重要指標之一，我們需要綜合考慮文件系統(tǒng)類型、磁盤類型、塊大小等因素，選擇合適的測試方法來評估系統(tǒng)的隨機讀寫性能，并作出相應(yīng)的優(yōu)化措施，提高文件系統(tǒng)的性能。
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如何用九條命令在一分鐘內(nèi)檢查Linux服務(wù)器性能
一、uptime命令
這個命令可以快速查看機器的負載情況。在Linux系統(tǒng)中，這些數(shù)據(jù)表示等待CPU資源的進程和阻塞在不可中斷IO進程（進程狀態(tài)為D）的數(shù)量。這些數(shù)據(jù)可以讓我們對系統(tǒng)資源使用有一個宏觀的了解。
命令的輸出分別表示1分鐘、5分鐘、15分鐘的平均負載情況。通過這三個數(shù)據(jù)，可以了解服務(wù)器負載是在趨于緊敬蔽辯張還是趨于緩解。如果1分鐘平均負載很高，而15分鐘平均負載很低，說明服務(wù)器正在命令高負載情況，需要進一步排查CPU資源都消耗在了哪里。反之，如果15分鐘平均負載很高，1分鐘平均負載較低，則有可能是CPU資源緊張時刻已經(jīng)過去。
上面例子中的輸出，可以看見最近1分鐘的平均負載非常高，且遠高于最近15分鐘負載，因此我們需要繼續(xù)排查當前系統(tǒng)中有什么進程消耗了大量的資源?？梢酝ㄟ^下文將會介紹的vmstat、mpstat等命令進一步排查。
二、dmesg命令
該命令會輸出系統(tǒng)日志的最后10行。示例中的輸出，可以看見一次內(nèi)核的oom kill和一次TCP丟包。這些日志可以幫助排查性能問題。千萬不要忘了這一步。
三、vmstat命令
vmstat(8) 命令，每行會輸出一些系統(tǒng)核心指標，這些指標可以讓我們更詳細的了解系統(tǒng)狀態(tài)。后面跟亮缺的參數(shù)1，表示每秒輸出一次統(tǒng)計信息，表頭提示了每一列的含義，這幾介紹一些和性能調(diào)優(yōu)相關(guān)的列：
r：等待在CPU資源的進程數(shù)。這個數(shù)據(jù)比平均負載更加能夠體現(xiàn)CPU負載情況，數(shù)據(jù)中不包含等待IO的進程。如果這個數(shù)值大于機器CPU核數(shù)，那么機器的CPU資源已經(jīng)飽和。
free：系統(tǒng)可用內(nèi)存數(shù)（以千字節(jié)為單位），如果剩余內(nèi)存不足，也會導(dǎo)致系統(tǒng)性能問題。下文介紹到的free命令，可以更詳細的了解系統(tǒng)內(nèi)存的使用情況。
si，so：交換區(qū)寫入和讀取的數(shù)量。如果這個數(shù)據(jù)不為0，說明系統(tǒng)已經(jīng)在使用交換區(qū)（swap），機器物理內(nèi)存已經(jīng)不足。
us, sy, id, wa, st：這些都代表了CPU時間的消耗，它們分別表示用戶時間（user）、系統(tǒng)（內(nèi)核）時間（sys）、空閑時間（idle）、IO等待時間（wait）和被偷走的時間（stolen，一般被其他虛擬機消耗）。
上述這些CPU時間，可以讓我們很快了解CPU是否出于繁忙狀態(tài)。一般情況下，如果用戶時間和系統(tǒng)時間相加非常大，CPU出于忙于執(zhí)行指令。如果IO等待時間很長，那么系統(tǒng)的瓶頸可能在磁盤IO。
示例命令的輸出可以看見，大量CPU時間消耗在用戶態(tài)，也就是用戶應(yīng)用程序消耗了CPU時間。這不一定是性能問題，需要結(jié)合r隊列，一起分析。
四、mpstat命令
該命令可以顯示每個CPU的占用情況，如果有一個CPU占用率特別高，那么有可能是一個單線程應(yīng)用程序引起的。
五、pidstat命令
pidstat命令輸出進程的CPU占用率，該命令會持續(xù)輸出，并且不會覆蓋之前的數(shù)據(jù)，可以方便觀察系統(tǒng)動態(tài)。如上的輸出，可以看見兩個JAVA進程占用了將近1600%的CPU時間，既消耗了大約16個CPU核心的運算資源。
六、iostat命令
r/s, w/s, rkB/s, wkB/s：分別表示每秒讀寫次數(shù)和每秒讀寫數(shù)據(jù)量（千字節(jié)）。讀寫量過大，可能會引起性能問題。
await：IO操作的平均等待時間，單位是毫秒。這是應(yīng)用程序在和磁盤交互時，需要消耗的時間，包括IO等待和實際操作的耗時。如果這個數(shù)值過大，可能是硬件設(shè)備遇到了瓶頸或者出現(xiàn)故障。
avgqu-sz：向設(shè)備發(fā)出的請求平均數(shù)量。如果這個數(shù)值大于1，可能是硬件設(shè)備已經(jīng)飽和（部分前端硬件設(shè)備支持并行寫并咐入）。
%util：設(shè)備利用率。這個數(shù)值表示設(shè)備的繁忙程度，經(jīng)驗值是如果超過60，可能會影響IO性能（可以參照IO操作平均等待時間）。如果到達100%，說明硬件設(shè)備已經(jīng)飽和。
如果顯示的是邏輯設(shè)備的數(shù)據(jù)，那么設(shè)備利用率不代表后端實際的硬件設(shè)備已經(jīng)飽和。值得注意的是，即使IO性能不理想，也不一定意味這應(yīng)用程序性能會不好，可以利用諸如預(yù)讀取、寫緩存等策略提升應(yīng)用性能。
七、free命令
free命令可以查看系統(tǒng)內(nèi)存的使用情況，-m參數(shù)表示按照兆字節(jié)展示。最后兩列分別表示用于IO緩存的內(nèi)存數(shù)，和用于文件系統(tǒng)頁緩存的內(nèi)存數(shù)。需要注意的是，第二行-/+ buffers/cache，看上去緩存占用了大量內(nèi)存空間。
這是Linux系統(tǒng)的內(nèi)存使用策略，盡可能的利用內(nèi)存，如果應(yīng)用程序需要內(nèi)存，這部分內(nèi)存會立即被回收并分配給應(yīng)用程序。因此，這部分內(nèi)存一般也被當成是可用內(nèi)存。
如果可用內(nèi)存非常少，系統(tǒng)可能會動用交換區(qū)（如果配置了的話），這樣會增加IO開銷（可以在iostat命令中提現(xiàn)），降低系統(tǒng)性能。
八、sar命令
sar命令在這里可以查看網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的吞吐率。在排查性能問題時，可以通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的吞吐量，判斷網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是否已經(jīng)飽和。如示例輸出中，eth0網(wǎng)卡設(shè)備，吞吐率大概在22 Mbytes/s，既176 Mbits/sec，沒有達到1Gbit/sec的硬件上限。
sar命令在這里用于查看TCP連接狀態(tài)，其中包括：
active/s：每秒本地發(fā)起的TCP連接數(shù)，既通過connect調(diào)用創(chuàng)建的TCP連接；
passive/s：每秒遠程發(fā)起的TCP連接數(shù)，即通過accept調(diào)用創(chuàng)建的TCP連接；
retrans/s：每秒TCP重傳數(shù)量；
TCP連接數(shù)可以用來判斷性能問題是否由于建立了過多的連接，進一步可以判斷是主動發(fā)起的連接，還是被動接受的連接。TCP重傳可能是因為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境惡劣，或者服務(wù)器壓
九、top命令
top命令包含了前面好幾個命令的檢查的內(nèi)容。比如系統(tǒng)負載情況（uptime）、系統(tǒng)內(nèi)存使用情況（free）、系統(tǒng)CPU使用情況（vmstat）等。因此通過這個命令，可以相對全面的查看系統(tǒng)負載的來源。同時，top命令支持排序，可以按照不同的列排序，方便查找出諸如內(nèi)存占用最多的進程、CPU占用率更高的進程等。
但是，top命令相對于前面一些命令，輸出是一個瞬間值，如果不持續(xù)盯著，可能會錯過一些線索。這時可能需要暫停top命令刷新，來記錄和比對數(shù)據(jù)。
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網(wǎng)站欄目：Linux隨機讀寫性能大揭秘：詳解(linux隨機讀寫性能)
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