Linux 利用 iostat 和 iotop 进行 IO 分析

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一、概述

在Linux 系统上，iostat 和 iotop 这两个 IO 数据工具非常常用。它们都是性能分析领域中不可缺少的工具性软件。

如果 Linux 系统性能变慢，我们会用 top 命令 来查看系统性能。它被用来检查是什么进程在服务器上占有如此高的使用率，对于大多数 Linux 系统管理员来说很常见，现实世界中被 Linux 系统管理员广泛采用。

如果在进程输出中你没有看到很大的不同，你仍然有选择查看其他东西。比如你可以在 top 输出中检查 wa 状态，因为大多数时间里服务器性能由于在硬盘上的高 I/O 读和写降低了性能。如果它很高或者波动，很可能就是它造成的。因此，我们需要检查硬盘上的 I/O 活动。

我们可以在 Linux 中使用 iotop 和 iostat 命令监控所有的磁盘和文件系统的磁盘 I/O 统计。

二、iostat

1、下载

iostat 工具是 sysstat 包的一部分，所以我们可以轻松地在包管理器地帮助下安装，因为在所有的 Linux 发行版的仓库都是可以获得的。

对于 Fedora 系统，使用 DNF Command 来安装 sysstat。

$ sudo dnf install sysstat

对于 Debian/Ubuntu 系统，使用 APT-GET Command 或者 APT Command 来安装 sysstat。

$ sudo apt install sysstat

对于基于 Arch Linux 的系统，使用 Pacman Command 来安装 sysstat。

$ sudo pacman -S sysstat

对于 RHEL/CentOS 系统，使用 YUM Command 来安装 sysstat。

$ sudo yum install sysstat

对于 openSUSE Leap 系统，使用 Zypper Command 来安装 sysstat。

$ sudo zypper install sysstat

2、常用选项

iostat 命令，是用来展示系统中的 IO 设备和 CPU 使用情况的。它的最大优势在于能汇报所有块设备活动的统计情况，同时也能汇报出 CPU 使用情况。但是 iostat 命令有一个缺陷，就是它不能对每个应用程序进程进行深入分析，只能分析系统的整体情况。

我们先来看 iostat 如何使用，它的使用形式如下:

iostat [选项] [ <时间间隔> [ <次数> ] ]

下面是一些常用选项：

• -c：仅显示CPU使用情况
• -d [设备名]：查看具体设备和它的分区的 I/O 统计信息，不加设备名则是查看所有设备的 I/O 统计
• -k：显示状态以千字节每秒为单位，而不使用块每秒
• -m：显示状态以兆字节每秒为单位
• -N：查看 LVM 磁盘 I/O 统计报告
• -p：仅显示块设备和所有被使用的其他分区的状态
• -t：显示每个报告产生时的时间
• -V：显示版号并退出
• -x：显示所有设备的详细的 I/O 统计信息

输出内容：

• Device：设备名称，或者分区名称
• r/s：每秒实际读取请求的数量
• w/s：每秒实际写入请求的数量
• rMB/s：每秒实际读取的大小，单位为MB
• wMB/s：每秒实际写入的大小，单位为MB
• rrqm/s：每秒合并的读取请求数量
• wrqm/s：每秒合并的读取请求数量
• %rrqm：合并读取请求的百分比
• %wrqm：合并写入请求的百分比
• r_await：读取请求处理完成等待时间(单位是毫秒)
• w_await：写入请求处理完成等待时间(单位是毫秒)
• aqu-sz：平均请求队列长度
• rareq-sz：读取请求的平均大小(单位为KB)
• wareq-sz：写入请求的平均大小(单位为KB)
• svctm处理IO请求所需的平均时间(不包括等待时间，单位是毫秒)
• %util磁盘处理IO请求的时间百分比

有了这些量化数据，我们就能判断每个硬盘分区的 IO 使用情况，从而分析出哪个设备占用 IO 请求量高或者低、占用时间多少、读取或者写入的数据量有多少。这样，性能瓶颈出现在哪个设备上，我们心中就有数了。

3、/proc/diskstats 文件

iostat 命令的数据来源，主要的数据来源是 /proc/diskstats 文件，它记录着块设备 IO 操作的全部统计信息。

下面来看一下这个文件的数据结构，它的每一行代表一个块设备或者块设备的分区，总共 20 列数据，每一列的内容如下：

Linux 块设备层在处理每个 IO 请求的时候，都会更新这些数据。iostat 只使用了其中部分数据。由于这些数据是线性增加的，iostat 只需要经过多次采集，进行简单的运算就可以了。

iostat 只是负责的工作其实很简单，就是采集数据并计算显示。我们通过一段时间的 IO 请求数据、写入和读取的数据量、IO 请求等待时间等等这些数据，就可以评估一个设备的 IO 性能了。

3、一般使用

1. 不加参数会看到完整的信息

2. 查看所有设备的 I/O 统计

加上设备名可以看到指定的设备 IO 信息：

3. 查看所有的设备和分区的 I/O 统计

4. 显示所有设备的详细的 I/O 统计信息

5.

三、iostop

使用时需要 root 权限

1、下载

对于 Fedora 系统，使用 DNF 命令 来安装 iotop。

$ sudo dnf install iotop

对于 Debian/Ubuntu 系统，使用 API-GET 命令 或者 APT 命令 来安装 iotop。

$ sudo apt install iotop

对于基于 Arch Linux 的系统，使用 Pacman Command 来安装 iotop。

$ sudo pacman -S iotop

对于 RHEL/CentOS 的系统，使用 YUM Command 来安装 iotop。

$ sudo yum install iotop

对于使用 openSUSE Leap 的系统，使用 Zypper Command 来安装 iotop。

$ sudo zypper install iotop

2、常用选项

上面的 iostat 工具，只能收集量化到每个块设备的读写情况，但如果我们想知道每个进程是如何使用 IO 的就做不到，这就要用到 iotop 命令了。

iotop 命令是一个 top 类工具，可以监视磁盘 I/O 使用状况，还可以作为 iostat 的升级工具使用。iotop 命令具有与 Linux 系统自带的 top 相似的 Ul，只是 top 更关注进程，而 iotop 更关注 IO。

iotop 命令它是使用 Python 语言编写而成，需要用 Python2.5 以上的版本和 Linux 内核 2.6以上的版本。iotop 提供了源代码和二进制软件包，可以自己选择安装。在前面已经说明了如何安装 ，iotop。

像 iostat 一样，我们一起看看 iotop 如何使用，它的使用形式如下:

iotop [选项]

下面是一些常用选项：

• -a：以累计方式显示信息，数据从 iotop 命令启动开始做计算
• -o：只显示有 IO 操作的进程
• -b：批量显示，无交互，主要用作记录到文件
• -n NUM：NUM 是数字，显示（NUM）次，主要用于非交互式模式
• -d SEC：SEC 是秒数，间隔（SEC）秒显示一次
• -p PID：PID 是进程 id，监控 id 等于 PID 的进程、
• -q：列名称只在第一次迭代时打印
• -qq：列名称从不打印
• -qqq：不打印 IO 摘要
• -u USER：USER 是用户名，监控用户等于 USER 的进程
• -t：增加时间戳列

输出内容：

• PID：进程的 id
• PRIO：进程优先级
• USER：进程的所属用户
• DISK READ：进程每秒读取硬盘的数据量
• DISK WRITE：进程每秒写入硬盘的数据量
• SWAPIN：swap 交换百分比
• IO：等待 IO 百分比
• COMMAND：进程对应的应用程序文件

有了这些量化数据，我们就能判断哪些进程是 IO 型进程，哪些进程是计算型进程，每个进程的访问 IO 的数据一目了然。

根据这些数据，我们还能进一步分析出哪个进程使用 IO 的量是高或者低、占用时间多少、进程优先级多少。IO 性能瓶颈出现在哪个进程上，需要优化哪个进程的 IO 模型，我们心中就有底了。

3、一般使用

1. iotop

root:~# iotop

2. 以累计方式显示信息

root:~# iotop -a

3. 利用重定向连续记录一段时间的信息

root:~# iotop -b > iotop.txt
^C
root@projectsauron:~# vim iotop.txt

4. 2s 剧新 1 次，刷新三次信息后结束

root:~# iotop -d 2 -n 3