Linux系统监控之磁盘I/O篇(1)

Linux系统监控之磁盘I/O篇(1)

磁盘I/O 子系统是Linux 系统中最慢的部分.这个主要是归于CPU到物理操作磁盘之间距离(译注:盘片旋转以及寻道).如果拿读取磁盘和内存的时间作比较就是分钟级到秒级，这就像7天和7分钟的区别.因此本质上，Linux 内核就是要最低程度的降低I/O 数.本章将诉述内核在磁盘和内存之间处理数据的这个过程中，哪些地方会产生I/O.

6.1 读和写数据 - 内存页

Linux 内核将硬盘I/O 进行分页，多数Linux 系统的默认页大小为4K.读和写磁盘块进出到内存都为4K 页大小.你可以使用time 这个命令加-v 参数，来检查你系统中设置的页大小:

# /usr/bin/time -v date

Page size (bytes): 4096

6.2 Major and Minor Page Faults(译注:主要页错误和次要页错误)

Linux，类似多数的UNIX 系统，使用一个虚拟内存层来映射硬件地址空间.当一个进程被启动，内核先扫描CPU caches和物理内存.如果进程需要的数据在这2个地方都没找到，就需要从磁盘上读取，此时内核过程就是major page fault(MPF).MPF 要求磁盘子系统检索页并缓存进RAM.

一旦内存页被映射进内存的buffer cache(buff)中，内核将尝试从内存中读取或写入，此时内核过程就是minor page fault(MnPF).与在磁盘上操作相比，MnPF 通过反复使用内存中的内存页就大大的缩短了内核时间.

以下的例子，使用time 命令验证了，当进程启动后，MPF 和 MnPF 的变化情况.第一次运行进程，MPF 会更多:

# /usr/bin/time -v evolution

Major (requiring I/O) page faults: 163

Minor (reclaiming a frame) page faults: 5918

第二次再运行时，内核已经不需要进行MPF了，因为进程所需的数据已经在内存中:

# /usr/bin/time -v evolution

Major (requiring I/O) page faults: 0

Minor (reclaiming a frame) page faults: 5581

6.3 The File Buffer Cache(译注:文件缓存区)

文件缓存区就是指，内核将MPF 过程最小化，MnPF 过程最大化.随着系统不断的产生I/O，buffer cache也将不断的增加.直到内存不够，以及系统需要释放老的内存页去给其他用户进程使用时，系统就会丢弃这些内存页.结果是，很多sa(译注:系统管理员)对系统中过少的free memory(译注:空闲内存)表示担心，实际上这是系统更高效的在使用caches.

以下例子，是查看/proc/meminfo 文件:

# cat /proc/meminfo

MemTotal: 2075672 kB

MemFree: 52528 kB

Buffers: 24596 kB

Cached: 1766844 kB

可以看出，这个系统总计有2GB (Memtotal)的可用内存.当前的空闲内存为52MB (MemFree)，有24 MB内存被分配磁盘写操作(Buffers)，还有1.7 GB页用于读磁盘(Cached).

内核这样是通过MnPF机制，而不代表所有的页都是来自磁盘.通过以上部分，我们不可能确认系统是否处于瓶颈中.

6.4 Type of Memory Pages

在Linux 内核中，memory pages有3种，分别是:

1，Read Pages - 这些页通过MPF 从磁盘中读入，而且是只读.这些页存在于Buffer Cache中以及包括不能够修改的静态文件，二进制文件，还有库文件.当内核需要它们时，将读取到内存中.如果内存不足，内核将释放它们回空闲列表中.程序再次请求时，则通过MPF 再次读回内存.

2，Dirty Pages - 这些页是内核在内存中已经被修改过的数据页.当这些页需要同步回磁盘上，由pdflush 负责写回磁盘.如果内存不足，kswapd (与pdflush 一起)将这些页写回到磁盘上并释放更多的内存.

3，Anonymous Pages - 这些页属于某个进程，但是没有任何磁盘文件和它们有关.他们不能和同步回磁盘.如果内存不足，kswapd 将他们写入swap 分区上并释放更多的内存("swapping" pages).

6.5 将数据页写回磁盘

应用程序有很多选择可以写脏页回磁盘上，可通过I/O 调度器使用 fsync() 或 sync() 这样的系统函数来实现立即写回.如果应用程序没有调用以上函数，pdflush 进程会定期与磁盘进行同步.

# ps -ef | grep pdflush

root 186 6 0 18:04 ? 00:00:00 [pdflush]