云计算学习路线图素材课件：Linux性能优化IO子系统

Linux是一个基于POSIX和Unix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。下面给大家分享云计算学习路线图素材课件：Linux性能优化IO子系统的内容。

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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；

3）pdflush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 layer到block 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。