标签：Linux随机读写性能大揭秘：详解 (linux 随机读写性能)

Linux作为一种开源操作系统，在服务器领域中应用广泛。在大多数情况下，服务器需要处理大量的数据，因此文件系统的性能就变得尤为重要。其中，随机读写性能是影响文件系统性能的一个重要参数。本文将详细介绍Linux随机读写性能的构成、测试方法及对文件系统性能的影响。 一、Linux随机读写性能的构成 在深入了解Linux随机读写性能之前，需要了解以下几个概念： 1. 顺序读写 顺序读写是在一个连续的地址范围内进行的读写操作。在顺序读写的情况下，文件系统只需要通过一次物理磁盘访问来读取或写入整个数据块。 2. 随机读写 随机读写是指在不连续的地址范围内进行的读写操作。在随机读写的情况下，文件系统需要访问多个磁盘扇区来读取或写入数据块。 在Linux中，随机读写性能由以下三个部分构成： 1. 文件系统性能 文件系统的性能是影响随机读写性能的重要参数。不同的文件系统对随机读写性能具有不同的影响。 2. 磁盘性能 磁盘的性能是影响随机读写性能的另一个重要参数。磁盘的转速、缓存大小以及磁盘的数据密度等因素都会对磁盘性能产生影响。 3. 控制器、缓存及接口性能 控制器、缓存及接口性能是影响随机读写性能的另一个关键因素。这些组件的性能将决定数据在系统和磁盘之间的传输速度。 二、Linux随机读写性能的测试方法 为了测试Linux随机读写性能，可以使用以下方法： 1. dd命令 dd命令是一个Linux中的工具，可以通过使用该命令进行读写测试。以下是测试命令： 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参数表示输入文件名，of参数表示输出文件名。bs参数表示块大小，count参数表示块数，conv参数表示转换选项。 2. fio命令 fio命令是一个计算机性能测试工具，专门用于测试磁盘性能。以下是测试命令： 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表示是否重复读写，–ioengine表示使用的io引擎，–direct表示是否使用直接io，–gtod_reporting表示是否启用计时选项，–name表示测试任务名称，–filename表示测试的文件名，–bsrange表示块大小范围，–size表示文件大小，–readwrite表示读写类型。 三、影响Linux随机读写性能的因素 Linux随机读写性能受到多种因素的影响，以下是一些主要因素： 1. 文件系统类型 文件系统类型对Linux随机读写性能影响较大。XFS、EXT4、Btrfs等文件系统对随机读写性能影响更大。 2. 磁盘接口类型 磁盘接口类型也是影响随机读写性能的因素之一。SATA、SAS和NVMe等接口类型的性能有所不同。 3. 磁盘类型 不同磁盘类型（如HDD和SSD）的随机读写性能也不同，SSD的性能高于HDD。 4. 块大小 块大小也会影响随机读写性能。通常，较小的块可以提高随机读写性能。 5. 写缓存 不同的写缓存策略对随机读写性能也有影响。内存中的写缓存（如write-back）可以提高随机写性能，而无缓存（如write-through）则可能降低随机写性能。 四、 通过深入了解Linux随机读写性能的构成、测试方法及对文件系统性能的影响，可以帮助我们更好地理解和优化文件系统性能。随机读写性能是文件系统性能的重要指标之一，我们需要综合考虑文件系统类型、磁盘类型、块大小等因素，选择合适的测试方法来评估系统的随机读写性能，并作出相应的优化措施，提高文件系统的性能。 相关问题拓展阅读： 如何用九条命令在一分钟内检查Linux服务器性能 如何用九条命令在一分钟内检查Linux服务器性能 一、uptime命令 这个命令可以快速查看机器的负载情况。在Linux系统中，这些数据表示等待CPU资源的进程和阻塞在不可中断IO进程（进程状态为D）的数量。这些数据可以让我们对系统资源使用有一个宏观的了解。 命令的输出分别表示1分钟、5分钟、15分钟的平均负载情况。通过这三个数据，可以了解服务器负载是在趋于紧敬蔽辩张还是趋于缓解。如果1分钟平均负载很高，而15分钟平均负载很低，说明服务器正在命令高负载情况，需要进一步排查CPU资源都消耗在了哪里。反之，如果15分钟平均负载很高，1分钟平均负载较低，则有可能是CPU资源紧张时刻已经过去。 上面例子中的输出，可以看见最近1分钟的平均负载非常高，且远高于最近15分钟负载，因此我们需要继续排查当前系统中有什么进程消耗了大量的资源。可以通过下文将会介绍的vmstat、mpstat等命令进一步排查。 二、dmesg命令 该命令会输出系统日志的最后10行。示例中的输出，可以看见一次内核的oom kill和一次TCP丢包。这些日志可以帮助排查性能问题。千万不要忘了这一步。 三、vmstat命令 vmstat(8) 命令，每行会输出一些系统核心指标，这些指标可以让我们更详细的了解系统状态。后面跟亮缺的参数1，表示每秒输出一次统计信息，表头提示了每一列的含义，这几介绍一些和性能调优相关的列： r：等待在CPU资源的进程数。这个数据比平均负载更加能够体现CPU负载情况，数据中不包含等待IO的进程。如果这个数值大于机器CPU核数，那么机器的CPU资源已经饱和。 free：系统可用内存数（以千字节为单位），如果剩余内存不足，也会导致系统性能问题。下文介绍到的free命令，可以更详细的了解系统内存的使用情况。 si，so：交换区写入和读取的数量。如果这个数据不为0，说明系统已经在使用交换区（swap），机器物理内存已经不足。 us, sy, id, wa, st：这些都代表了CPU时间的消耗，它们分别表示用户时间（user）、系统（内核）时间（sys）、空闲时间（idle）、IO等待时间（wait）和被偷走的时间（stolen，一般被其他虚拟机消耗）。 上述这些CPU时间，可以让我们很快了解CPU是否出于繁忙状态。一般情况下，如果用户时间和系统时间相加非常大，CPU出于忙于执行指令。如果IO等待时间很长，那么系统的瓶颈可能在磁盘IO。 示例命令的输出可以看见，大量CPU时间消耗在用户态，也就是用户应用程序消耗了CPU时间。这不一定是性能问题，需要结合r队列，一起分析。 四、mpstat命令 该命令可以显示每个CPU的占用情况，如果有一个CPU占用率特别高，那么有可能是一个单线程应用程序引起的。 五、pidstat命令 pidstat命令输出进程的CPU占用率，该命令会持续输出，并且不会覆盖之前的数据，可以方便观察系统动态。如上的输出，可以看见两个JAVA进程占用了将近1600%的CPU时间，既消耗了大约16个CPU核心的运算资源。 六、iostat命令 r/s, w/s, rkB/s, wkB/s：分别表示每秒读写次数和每秒读写数据量（千字节）。读写量过大，可能会引起性能问题。 await：IO操作的平均等待时间，单位是毫秒。这是应用程序在和磁盘交互时，需要消耗的时间，包括IO等待和实际操作的耗时。如果这个数值过大，可能是硬件设备遇到了瓶颈或者出现故障。 avgqu-sz：向设备发出的请求平均数量。如果这个数值大于1，可能是硬件设备已经饱和（部分前端硬件设备支持并行写并咐入）。 %util：设备利用率。这个数值表示设备的繁忙程度，经验值是如果超过60，可能会影响IO性能（可以参照IO操作平均等待时间）。如果到达100%，说明硬件设备已经饱和。 如果显示的是逻辑设备的数据，那么设备利用率不代表后端实际的硬件设备已经饱和。值得注意的是，即使IO性能不理想，也不一定意味这应用程序性能会不好，可以利用诸如预读取、写缓存等策略提升应用性能。 七、free命令 free命令可以查看系统内存的使用情况，-m参数表示按照兆字节展示。最后两列分别表示用于IO缓存的内存数，和用于文件系统页缓存的内存数。需要注意的是，第二行-/+ buffers/cache，看上去缓存占用了大量内存空间。 这是Linux系统的内存使用策略，尽可能的利用内存，如果应用程序需要内存，这部分内存会立即被回收并分配给应用程序。因此，这部分内存一般也被当成是可用内存。 如果可用内存非常少，系统可能会动用交换区（如果配置了的话），这样会增加IO开销（可以在iostat命令中提现），降低系统性能。 八、sar命令 sar命令在这里可以查看网络设备的吞吐率。在排查性能问题时，可以通过网络设备的吞吐量，判断网络设备是否已经饱和。如示例输出中，eth0网卡设备，吞吐率大概在22 Mbytes/s，既176 Mbits/sec，没有达到1Gbit/sec的硬件上限。 sar命令在这里用于查看TCP连接状态，其中包括： active/s：每秒本地发起的TCP连接数，既通过connect调用创建的TCP连接； passive/s：每秒远程发起的TCP连接数，即通过accept调用创建的TCP连接； retrans/s：每秒TCP重传数量； TCP连接数可以用来判断性能问题是否由于建立了过多的连接，进一步可以判断是主动发起的连接，还是被动接受的连接。TCP重传可能是因为网络环境恶劣，或者服务器压...