云計算學習路線圖素材課件：Linux性能優化IO子系統

Linux是一個基于POSIX和Unix的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統，具有免費使用和自由傳播的特性。隨著開源軟件的發展以及云計算技術的革新，Linux成為云計算人才必須要掌握的技能之一。下面給大家分享云計算學習路線圖素材課件：Linux性能優化IO子系統的內容。

很多同學聽過IO流，即以流的方式進行輸入輸出，其中流是一種抽象的概念，它代表了數據的無結構化傳遞。IO系統，英文全稱為“Input output system”，中文全稱為“輸入輸出系統”，由輸入輸出控制系統和外圍設備兩部分組成，是計算機系統的重要組成部分。

作為Linux服務器來講，最大的兩個IO類型是磁盤IO和網絡IO。一個完整的IO系統過程如下：

1）一個用戶進程通過write()系統調用發起寫請求；

2）內核更新對應的page cache；

3）pdflush內核線程將page cache寫入至磁盤中；

4）文件系統層將每一個block buffer存放為一個bio結構體，并向塊設備層提交一個寫請求；

5）塊設備層從上層接受到請求，執行IO調度操作，并將請求放入IO請求隊列中；

6）設備驅動（如SCSI或其他設備驅動）完成寫操作；

7）磁盤設備固件執行對應的硬件操作，如磁盤的旋轉、尋道等，數據被寫入到磁盤扇區中。

block layer處理bio請求，并將這些請求鏈接成一個隊列，稱作IO請求隊列，這個連接的操作就稱作IO調度（也叫IO elevator即電梯算法）。bio結構體是file system layer到block layer的接口。

IO調度器的總體目標是減少磁盤的尋道時間（因此調度器都是針對機械硬盤進行優化的），IO調度器通過兩種方式來減少磁盤尋道：合并和排序。

合并即當兩個或多個IO請求的是相鄰的磁盤扇區，通過合并請求，多個IO請求只需要向磁盤發送一個請求指令，減少了磁盤的開銷。

排序就是將不能合并的IO請求，根據請求磁盤扇區的順序，在請求隊列中進行排序，使得磁頭可以按照磁盤的旋轉順序的完成IO操作，可以減小磁盤的尋道次數。

想要優化IO系統性能，我們可以采用以下幾種方式：

1）調整buffer、提高性能，就是調整隊列數以及增加預讀數。

增加隊列長度：/sys/block/vda(特定某設備)/queue/nr_requests

增加預讀數：/sys/block/vda(特定某設備)/queue/read_ahead_kb

2）修改CFQ，以調節其性能，涉及參數文件：/sys/block/vda/queue/iosched/。

比如對CFQ來講，有以下幾個值可以調整：

back_seek_max

反向尋道可能有負面影響，負載小的時候可以啟用，否則不要使用反向尋道太多值。

back_seek_penal

反向尋道做懲罰，如果不得不使用反向尋道的話，那么必須對其做出一定懲罰，一旦做完懲罰之后，必須要正向尋道更多次數。

fifo_expire_async

用來控制異步請求等待時間長度，默認是250毫秒，過期之后無法滿足的異步請求將會被移動到調度隊列中，也就意味著要重新調度，通常這些值不需要調整。

除了以上方法，IO優化的方法還有很多，大致思路是最好換SSD、調整raid級別、選擇IO調度器、根據場景選擇合適的文件系統、配置選定調度器的參數、使用工具進行分析優化結果是否理想、寫在開機啟動項里。