Linux系统I/O优化技巧与实践 (linux系统io)
I/O（Input/Output）在计算机系统中扮演着非常重要的角色，而Linux系统I/O性能的优化不仅可以提升系统的整体性能，还可以提高应用程序对I/O的效率。本文将探讨Linux系统I/O优化的技巧和实践，涉及文件系统、块设备、网络等多个方面。
1. 文件系统I/O优化
1.1 使用ext4文件系统
ext4（fourth extended filesystem）是Linux常用的文件系统之一，它的出现解决了许多ext3文件系统存在的问题。相比于ext3，ext4支持更大的文件、更高的性能、更好的数据可靠性和更好的文件系统碎片管理等方面，使得它成为Linux下首选的文件系统之一。可以通过以下命令查看当前系统使用的文件系统类型：
“`
df -Th
“`
1.2 避免文件系统碎片
文件系统碎片指的是文件在磁盘中不连续存储的现象，采用传统的旋转硬盘的机器上，文件系统碎片会对I/O操作造成极大的影响。因此，文件系统碎片需要尽可能地避免。Linux系统提供了几个工具来帮助减少文件系统碎片：
– 定期运行e2fsck检查磁盘文件系统的健康状态，矫正文件系统碎片；
– 定期运行fstrim定期清除SSD设备中未使用的数据块，从而避免碎片。
1.3 选择适合的文件系统缓存策略
文件系统缓存是一种提高文件访问速度的技术，在Linux系统中，文件系统缓存策略通常包括以下几种：
– writeback：延迟写入数据，减少I/O操作次数；
– writethrough：每次写操作，都要把数据写入磁盘；
– none：禁用文件系统缓存，所有数据操作均通过调用read和write系统调用进行。
通常情况下，writeback是最常用的文件系统缓存策略。但在一些对数据一致性要求比较高的场景下，如数据库应用，可以考虑选用writethrough策略，以保证数据操作的一致性。
2. 块设备I/O优化
块设备I/O性能的优化通常需要通过调整磁盘调度器、更改内核IO调度器、使用高效的存储介质等方式进行。
2.1 调整磁盘调度器
磁盘调度器是影响块设备I/O性能的一个关键组成部分。Linux系统提供了多种不同的磁盘调度器，包括CFQ、Noop、Deadline等。不同的磁盘调度器在不同的应用场景下，可能会有不同的性能表现。因此，在具体进行调优时，可以依据实际应用需要选择适合的磁盘调度器。
2.2 更改内核IO调度器
内核IO调度器是负责对应用程序的I/O请求进行调度的核心组件，其目的是让每个应用程序都能够得到公平的I/O服务，保证系统性能的稳定性。在实际应用中，可以通过修改内核IO调度器中的一些参数，来更改调度策略和权重的分配，从而提高系统性能。
2.3 使用高效的存储介质
传统旋转硬盘和固态硬盘的I/O操作时间较长，而使用高效的存储介质可以有效地提高I/O操作的速度。例如，通过使用NVMe SSD、RD等存储技术，可以有效地提高块设备I/O性能。
3. 网络I/O优化
网络I/O性能优化的目标是尽量减少等待时间、降低延迟和提升系统吞吐量，以提高应用程序性能。以下是一些优化技巧：
3.1 调整TCP参数
TCP是一个面向连接的协议，在网络通信中扮演中重要的角色。在Linux系统中，TCP协议有一些可配置参数，可以通过修改这些参数来优化网络I/O性能。例如，可以通过下述命令查看当前系统中TCP协议的相关参数：
“`
sysctl -a | grep net.ipv4.tcp
“`
3.2 调整网络接口的设置
Linux系统支持多种不同类型的网络接口，如网卡、lo回环接口等。在实际应用场景中，可以通过调整网络接口的相关参数，来提高网络I/O性能。
3.3 使用异步I/O技术
异步I/O技术是一种高效的I/O处理方式，它可以使应用程序在等待I/O操作完成的同时继续执行其他任务。在Linux系统中，可以通过使用asyncio、epoll等异步I/O框架来实现异步I/O。
综上所述，Linux系统I/O优化技巧和实践非常重要，可以明显提高应用程序性能，增强用户体验，特别是在大规模高并发、大数据等场景下，效果尤为显著。在实际应用中，应根据具体需求选择适合的优化策略和工具，以获得更佳的效果。
相关问题拓展阅读：
如何查看Linux下进程的IO活动状况 00 Hey，Linux
前段时间，几台测试服务器的Web应用响应速度非常慢，系统负载也比较高，> 10， 但CPU和内存却很闲，于是怀疑是磁盘的性能瓶颈,通过vmstat和iostat看到IO的读写量非常大，尤其是用iostat -x 1命令可以很直观的看到IO的使用率一直在100%。
但究竟是什么进程导致的高IO呢，由于每台服务器上都有JBoss和MySQL的存在，JBoss会不停的产生很多小的数据文件和生成文本数据库的数据，而MySQL则会不停的从Master同步新的数据。因此我们怀疑是这两个进程导致的高IO，通过停止了JBoss和MySQL之后，IO立刻降为0%. 但我们还是不能确定谁是主因，于是寻找可以查看特定进程IO的方法。
最后，找到了两个方法可以查看进程IO的活动状况。
1. 之一个方法是通过一个python脚本来实现。
方法是将以下内容另存为一个叫io.py的脚本中，然后直接以root身份执行脚本，就可以看到如下图所示的信息（由于我们已经通过升级到SSD硬盘解决了MySQL的IO问题，所戚枝伏以不能提供关于MySQL的截图了），其中出现次数最多，数据更大的进程，就是导致高IO的高携主因。不过比较遗憾的是这个脚本并不能显示进程在每一秒的准确的IO读写。
# vim io.py
# chmod +x io.py
# ./io.py
#!/usr/bin/python
# Monitoring per-process disk I/O activity
# written by
import sys, os, time, signal, re
class DiskIO:
def __init__(self, pname=None, pid=None, reads=0, writes=0):
self.pname = pname
self.pid = pid
self.reads = 0
self.writes = 0
def main():
argc = len(sys.argv)
if argc != 1:
print “搭则usage: ./iotop”
sys.exit(0)
if os.getuid() != 0:
print “must be run as root”
sys.exit(0)
signal.signal(signal.SIGINT, signal_handler)
os.system(‘echo 1 > /proc/sys/vm/block_dump’)
print “TASKPIDREAD WRITE”
while True:
os.system(‘dmesg -c > /tmp/diskio.log’)
l =
f = open(‘/tmp/diskio.log’, ‘r’)
line = f.readline()
while line:
m = re.match(\
‘^(\S+)\((\d+)\): (READ|WRITE) block (\d+) on (\S+)’, line)
if m != None:
if not l:
l.append(DiskIO(m.group(1), m.group(2)))
line = f.readline()
continue
found = False
for item in l:
if item.pid == m.group(2):
found = True
if m.group(3) == “READ”:
item.reads = item.reads + 1
elif m.group(3) == “WRITE”:
item.writes = item.writes + 1
if not found:
l.append(DiskIO(m.group(1), m.group(2)))
line = f.readline()
time.sleep(1)
for item in l:
print “%-10s %10s %10d %10d” % \
(item.pname, item.pid, item.reads, item.writes)
def signal_handler(signal, frame):
os.system(‘echo 0 > /proc/sys/vm/block_dump’)
sys.exit(0)
if __name__==”__main__”:
main()
2. 另一个方法是将Linux的内核升级到 >=2.6.20，然后安装一个iotop软件来实现。
不过这种改动并不适用于生产环境，因为在RHEL5.6和5.7上，内核都在 2.6.20以下。但是它所显示的结果是非常准确的，所以对于新上线的机器以及测试环境，非常值得一试，具体方法如下：
下载和升级新内核（>=2.6.20），编译时打开 TASK_DELAY_ACCT 和 TASK_IO_ACCOUNTING 选项。
解压内核后进入配置界面：
# wget
# tar jxvf linux-2.6.39.tar.gz
# mv linux-2.6.39 /usr/src/
# cd /usr/src/linux-2.6.39
# make oldconfig //使用make oldconfig可以继承老的kernel的配置，为自己的配置省去很多麻烦。
# make menuconfig
把General setup – Enable per-task storage I/O accounting这个选项选上。
# vim .config
将#CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2 is not set的注释去掉的，将其改为y，即修改为CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2=y。
保存内核后编译内核：
# make
# make modules
# make modules_install
# make install
修改默认以新的内核启动：
# vi /boot/grub/grub.conf
default=0
将新的内核配置文件复制到/boot目录：
# cp /usr/src/linux-2.6.39/.config /boot/config-2.6.39
重启服务器：
# reboot
# uname –r
2.6.39
重启完成后确认内核版本是否正确。
源码安装iotop所需的Python 2.7.2（>= 2.5）：
# wget
# tar xzvf Python-2.7.2.tgz
# cd Python-2.7.2
# ./configure
# make; make install
下载并安装iotop：
# wget
# tar -xjvf iotop-0.4.4.tar.bz2
# cd iotop-0.4.4
# python setup.py build
# python setup.py install
然后就可以使用iotop看到如下图所示的信息：
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