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好程序员云计算教程之Linux性能优化IO子系统

2020-02-24

好程序员 云计算教程

  好程序员云计算教程之Linux性能优化IO子系统,Linux是一个基于POSIXUnix的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统,具有免费使用和自由传播的特性。随着开源软件的发展以及云计算技术的革新,Linux成为云计算人才必须要掌握的技能之一。接下来好程序员云计算教程就给大家分享Linux性能优化之IO子系统。

云计算

  很多同学听过IO流,即以流的方式进行输入输出,其中流是一种抽象的概念,它代表了数据的无结构化传递。IO系统,英文全称为“Input output system”,中文全称为“输入输出系统”,由输入输出控制系统和外围设备两部分组成,是计算机系统的重要组成部分。

  作为Linux服务器来讲,最大的两个IO类型是磁盘IO和网络IO。一个完整的IO系统过程如下:

  1)一个用户进程通过write()系统调用发起写请求;

  2)内核更新对应的page cache

  3pdflush内核线程将page cache写入至磁盘中;

  4)文件系统层将每一个block buffer存放为一个bio结构体,并向块设备层提交一个写请求;

  5)块设备层从上层接受到请求,执行IO调度操作,并将请求放入IO请求队列中;

  6)设备驱动(如SCSI或其他设备驱动)完成写操作;

  7)磁盘设备固件执行对应的硬件操作,如磁盘的旋转、寻道等,数据被写入到磁盘扇区中。

  block layer处理bio请求,并将这些请求链接成一个队列,称作IO请求队列,这个连接的操作就称作IO调度(也叫IO elevator即电梯算法)。bio结构体是file system layerblock layer的接口。

  IO调度器的总体目标是减少磁盘的寻道时间(因此调度器都是针对机械硬盘进行优化的),IO调度器通过两种方式来减少磁盘寻道:合并和排序。

  合并即当两个或多个IO请求的是相邻的磁盘扇区,通过合并请求,多个IO请求只需要向磁盘发送一个请求指令,减少了磁盘的开销。

  排序就是将不能合并的IO请求,根据请求磁盘扇区的顺序,在请求队列中进行排序,使得磁头可以按照磁盘的旋转顺序的完成IO操作,可以减小磁盘的寻道次数。

  想要优化IO系统性能,我们可以采用以下几种方式:

  1)调整buffer、提高性能,就是调整队列数以及增加预读数。

  增加队列长度:/sys/block/vda(特定某设备)/queue/nr_requests

  增加预读数:/sys/block/vda(特定某设备)/queue/read_ahead_kb

  2)修改CFQ,以调节其性能,涉及参数文件:/sys/block/vda/queue/iosched/

  比如对CFQ来讲,有以下几个值可以调整:

  back_seek_max

  反向寻道可能有负面影响,负载小的时候可以启用,否则不要使用反向寻道太多值。

  back_seek_penal

  反向寻道做惩罚,如果不得不使用反向寻道的话,那么必须对其做出一定惩罚,一旦做完惩罚之后,必须要正向寻道更多次数。

  fifo_expire_async

  用来控制异步请求等待时间长度,默认是250毫秒,过期之后无法满足的异步请求将会被移动到调度队列中,也就意味着要重新调度,通常这些值不需要调整。

  除了以上方法,IO优化的方法还有很多,大致思路是最好换SSD、调整raid级别、选择IO调度器、根据场景选择合适的文件系统、配置选定调度器的参数、使用工具进行分析优化结果是否理想、写在开机启动项里。

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