磁盘 I/O（Input/Output）是指计算机系统中涉及到磁盘的数据读取和写入操作。

当计算机需要从磁盘读取数据时，它会发起一个读取请求，磁盘会寻道并将数据传输到计算机的内存中；当计算机需要将数据写入磁盘时，它会发起一个写入请求，将数据从内存写入到磁盘中。

基本概念

磁盘I/O类型

1、读写I/O

计算机与外部设备（如磁盘、网络等）进行数据交换的操作，如文件系统的读写操作、网络通信中的数据收发等。

2、大小I/O

取决于控制器指令中连续读取磁盘扇区的数目大小，64、128等被认为是大I/O，4、8等被认为是小I/O。

3、连续I/O与随机I/O

访问存储设备上的数据时，通过访问的位置是连续还是随机的区分。连续I/O适用于一次性写入大量数据的场景，数据备份、流媒体等。随机I/O则相反，如数据库的查询、文件系统的操作等。

4、顺序I/O与并发I/O

顺序I/O和连续I/O类似，并发I/O指的是同时处理多个I/O的能力，通过多线程、多进程、异步I/O实现。适用于WEB服务器、数据库服务器等。

性能指标

1、IOPS

I/O per second，即每秒钟可以处理的I/O个数。

r/s 每秒读次数
 w/s 每秒写次数，
 r/s + w/s, 就是磁盘IOPS

2、吞吐量

磁盘带宽，每秒磁盘I/O的流量，即磁盘写入和读出的数据总大小。

rkB/s 每秒读数据量（KB单位）
wkB/s 每秒写数据量（KB单位）
rkB/s + wkB/s,就是磁盘吞吐量

3、两者联系

每秒I/O吞吐量 = IOPS * 平均I/O的大小

磁盘I/O性能对服务器的影响

1、响应时间过长

数据读写速度慢，导致用户请求的响应时间增加。

2、系统整体性能

导致CPU和内存资源长时间等待I/O操作完成，从而降低整体的处理速度。

3、应用故障

因无法及时读写数据而出现故障或错误，影响业务的正常运行。

常用的性能测试工具

iostat

iostat命令用于监控系统的磁盘I/O活动情况，可以展示磁盘的读写速率、I/O等待时间、CPU使用率等信息。

# 每1秒 输出disk相关的详细信息
iostat -x -d 1

该命令的输出有很多，重点关注下面的输出。

avg-cpu段：
  %usr：CPU在用户模式下的时间百分比
  %system：CPU在系统模式下的时间百分比
  %iowait：CPU等待输入输出完成时间的百分比
Device段：
  r/s：每秒读次数
  w/s：每秒写次数，r/s + w/s就是磁盘IOPS
  rkB/s：每秒读数据量（KB单位）
  wkB/s：每秒写数据量（KB单位），rkB/s + wkB/s就是磁盘吞吐量。
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  _await：表示每一个IO请求的处理的平均时间（单位ms）
  %util 表示磁盘在采样时间内的忙碌程度

pidstat & iotop

‌pidstat是‌sysstat工具的一个命令，用于监控全部或指定进程的‌cpu、内存、设备IO等系统资源的占用情况。

# 每秒钟 显示每个进程的磁盘I/O统计信息
pidstat -d 1

总结

磁盘I/O问题的排查思路

1、查看各磁盘设备的I/O情况

iostat -m -x 1

2、详细定位是哪块磁盘的I/O繁忙

iostat -d /dev/sda -m -x 1

3、找出占用I/O高的应用程序

pidstat -d 1
pidstat -dt -p {PID} 1

4、进一步分析该进程及其线程在做什么？

perf或strace命令

5、查看文件句柄

lsof -p {PID/TID}

经过上述分析，基本可以定位到程序的哪段代码？做了什么操作?导致了I/O繁忙，进而优化。