云計(jì)算學(xué)習(xí)路線圖素材課件：Linux性能優(yōu)化IO子系統(tǒng)

Linux是一個(gè)基于POSIX和Unix的多用戶、多任務(wù)、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)，具有免費(fèi)使用和自由傳播的特性。隨著開源軟件的發(fā)展以及云計(jì)算技術(shù)的革新，Linux成為云計(jì)算人才必須要掌握的技能之一。下面給大家分享云計(jì)算學(xué)習(xí)路線圖素材課件：Linux性能優(yōu)化IO子系統(tǒng)的內(nèi)容。

很多同學(xué)聽過IO流，即以流的方式進(jìn)行輸入輸出，其中流是一種抽象的概念，它代表了數(shù)據(jù)的無結(jié)構(gòu)化傳遞。IO系統(tǒng)，英文全稱為“Input output system”，中文全稱為“輸入輸出系統(tǒng)”，由輸入輸出控制系統(tǒng)和外圍設(shè)備兩部分組成，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。

作為Linux服務(wù)器來講，最大的兩個(gè)IO類型是磁盤IO和網(wǎng)絡(luò)IO。一個(gè)完整的IO系統(tǒng)過程如下：

1）一個(gè)用戶進(jìn)程通過write()系統(tǒng)調(diào)用發(fā)起寫請求；

2）內(nèi)核更新對應(yīng)的page cache；

3）pdflush內(nèi)核線程將page cache寫入至磁盤中；

4）文件系統(tǒng)層將每一個(gè)block buffer存放為一個(gè)bio結(jié)構(gòu)體，并向塊設(shè)備層提交一個(gè)寫請求；

5）塊設(shè)備層從上層接受到請求，執(zhí)行IO調(diào)度操作，并將請求放入IO請求隊(duì)列中；

6）設(shè)備驅(qū)動(dòng)（如SCSI或其他設(shè)備驅(qū)動(dòng)）完成寫操作；

7）磁盤設(shè)備固件執(zhí)行對應(yīng)的硬件操作，如磁盤的旋轉(zhuǎn)、尋道等，數(shù)據(jù)被寫入到磁盤扇區(qū)中。

block layer處理bio請求，并將這些請求鏈接成一個(gè)隊(duì)列，稱作IO請求隊(duì)列，這個(gè)連接的操作就稱作IO調(diào)度（也叫IO elevator即電梯算法）。bio結(jié)構(gòu)體是file system layer到block layer的接口。

IO調(diào)度器的總體目標(biāo)是減少磁盤的尋道時(shí)間（因此調(diào)度器都是針對機(jī)械硬盤進(jìn)行優(yōu)化的），IO調(diào)度器通過兩種方式來減少磁盤尋道：合并和排序。

合并即當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)IO請求的是相鄰的磁盤扇區(qū)，通過合并請求，多個(gè)IO請求只需要向磁盤發(fā)送一個(gè)請求指令，減少了磁盤的開銷。

排序就是將不能合并的IO請求，根據(jù)請求磁盤扇區(qū)的順序，在請求隊(duì)列中進(jìn)行排序，使得磁頭可以按照磁盤的旋轉(zhuǎn)順序的完成IO操作，可以減小磁盤的尋道次數(shù)。

想要優(yōu)化IO系統(tǒng)性能，我們可以采用以下幾種方式：

1）調(diào)整buffer、提高性能，就是調(diào)整隊(duì)列數(shù)以及增加預(yù)讀數(shù)。

增加隊(duì)列長度：/sys/block/vda(特定某設(shè)備)/queue/nr_requests

增加預(yù)讀數(shù)：/sys/block/vda(特定某設(shè)備)/queue/read_ahead_kb

2）修改CFQ，以調(diào)節(jié)其性能，涉及參數(shù)文件：/sys/block/vda/queue/iosched/。

比如對CFQ來講，有以下幾個(gè)值可以調(diào)整：

back_seek_max

反向?qū)さ揽赡苡胸?fù)面影響，負(fù)載小的時(shí)候可以啟用，否則不要使用反向?qū)さ捞嘀怠?/p>

back_seek_penal

反向?qū)さ雷鰬土P，如果不得不使用反向?qū)さ赖脑?，那么必須對其做出一定懲罰，一旦做完懲罰之后，必須要正向?qū)さ栏啻螖?shù)。

fifo_expire_async

用來控制異步請求等待時(shí)間長度，默認(rèn)是250毫秒，過期之后無法滿足的異步請求將會被移動(dòng)到調(diào)度隊(duì)列中，也就意味著要重新調(diào)度，通常這些值不需要調(diào)整。

除了以上方法，IO優(yōu)化的方法還有很多，大致思路是最好換SSD、調(diào)整raid級別、選擇IO調(diào)度器、根據(jù)場景選擇合適的文件系統(tǒng)、配置選定調(diào)度器的參數(shù)、使用工具進(jìn)行分析優(yōu)化結(jié)果是否理想、寫在開機(jī)啟動(dòng)項(xiàng)里。