为什么服务器磁盘io会这么慢,服务器磁盘io从名字可以看出，磁盘

为什么服务器磁盘io会这么慢,服务器磁盘io从名字可以看出，磁盘

PC用户往往觉得“磁盘挺快的，哥拷1GB的片子也就2分钟嘛”

做服务器的兄弟可能会觉得“磁盘怎么这么慢，才1MB/s就把io跑满了，他喵的磁盘比网速还慢，害我的服务器卡死了”

为什么有时候服务器的磁盘io会这么慢呢？

我们用的磁盘（IDE/SATA/SCSI等）还有一个名字，叫做“机械磁盘”。

从名字可以看出，磁盘并不是一个纯粹的“电子产品”，它在很大程度上需要依靠一个“机械臂”来读写数据，这个机械臂就是导致磁盘io慢的罪魁祸首。

如上图所示，磁盘中的数据存储在圆形的盘片上，通过磁头读写盘片上的数据，磁头则安装在一个机械臂（磁头臂）上。

当我们需要读写某个文件时，内核会将文件映射到一个线性磁盘地址（LBA）。磁盘首先根据LBA找到盘片上的一个点，然后让磁头对准这个点，再通过磁头将数据读取出来。

读取文件耗费的时间分为两部分：

1让磁头定位到指定位置的时间（平均寻道时间）

2磁头从盘片上读出数据的时间（传输时间）

如何让磁头定位到指定位置：

这涉及两个方向的移动。磁头会在机械臂的控制下向圆心移动（或远离圆心）；同时盘片会旋转。

磁头移动到合适位置需要的时间叫平均寻道时间，一般在10毫秒左右。盘片旋转到指定位置需要的时间叫平均潜伏时间，对7200转磁盘来说大概是4毫秒。

1秒钟÷（4毫秒+10毫秒）=71

这表示什么？

这表示磁盘平均每秒只能定位71次！！！

简单来说，可以理解成磁盘每秒只能读取71个文件（实际情况略有偏差，请参考下面第二章）

假如服务器存储了大量小文件，每个文件10KB，按照每秒71次的磁头定位速度，每秒读文件就只能达到710KB/s的速度。

那为什么PC拷片子的速度这么快呢？

当我们拷片子时，磁头基本不需要移动，主要耗时在于通过盘片的旋转，让磁头从盘片上读出数据。

盘片的旋转速度远远高于磁头移动速度。读取连续文件的速度一般能达到100MB/s以上，所以PC拷片子的时候速度非常快。

文件系统对io性能的损耗

磁盘平均每秒能寻道70次，但是实际读写文件可能达不到70个，因为文件内也是有碎片的，这时读一个文件就需要很多次寻道。我们可以把磁盘空间想象成一个巨大的内存，LBA（线性磁盘地址）就相当于内存地址。文件系统需要为每个文件分配地址，就像malloc要为每个内存块分配内存一样。磁盘空间分配有两个特征，会导致文件系统中容易产生碎片：1当我们创建文件时，文件是空的，随着我们写入数据，文件变得越来越大。所以磁盘空间分配不是一次性完成的，而是随着文件写入而逐渐追加分配。2文件不需要在磁盘空间中连续存储，允许切割成多个碎片。但是不连续的代价是读取时需要多次寻道，性能大幅下降。windows文件系统一直以大量的文件碎片而闻名；linux主流文件系统的碎片则相对少很多。有不少朋友认为linux没有文件碎片，这其实是一个误解。linux主流文件系统相对于windows文件系统，有一个巨大的改进，极大的减少了文件碎片，但这不等于没有文件碎片：windows在分配LBA时会尽量连续分配：假设文件A占用了地址0-99KB，然后文件B申请8KB磁盘空间时会占用100-108KB。这样当文件A再次申请磁盘空间时就会产生碎片。linux在分配LBA时会考虑预留地址：假设文件A占用了地址0-99KB，然后文件B申请8KB磁盘空间时会隔一段地址，例如可能会占用1GB-1GB+8KB。这样当文件A再次申请磁盘空间时就能保证连续了。当磁盘有较多剩余空间时，linux主流文件系统能够有效避免文件碎片。对于PC和部分服务器来说，可以认为linux主流文件系统是没有碎片的。但是对于磁盘空间经常占的比较满，又需要不停的删除-写入文件的linux服务器来说，文件碎片会让磁盘io性能下降数倍。

想深入了解的朋友可以参考：ext4的碎片整理器设计原理：http://jsmylinux.no-ip.org/applications/using-e4defrag/xfs文件系统作者讲解如何提升文件系统性能并减少碎片的产生：http://oss.sgi.com/projects/xfs/papers/xfs_usenix/index.html内核预读取的基本原理：http://os.51cto.com/art/200711/60574.htm也可以直接看内核代码中的ext4_ext_map_block函数