性能分析之又见jbd2引起IO高

之前遇到过jbd2引起IO高的问题,直接关掉了日志的功能解决的。写了一个文章,但写的不够细。最近又见类似问题,这里重新整理下对jbd2的内容。

什么原因会导致jbd2引起IO高?

  1. 磁盘满.
  2. 系统bug;所知bug号:Bug 39072 - jbd2 writes on disk every few seconds。
  3. 即使没有以上问题。在ext4上有一个新加入的参数barrier,是用来保证文件系统的完整性的。 [Barrier解释](https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/tree/Documentation/block/barrier.txt?id=09d60c701b64b509f328cac72970eb894f485b9e)。 这个值默认是1,即是打开状态。在这个状态下,打开jbd2也是会导致性能下降的,这个玩意的设计逻辑就是为了损失掉性能保证文件完整性。 这是个选择题,要么不用它,要么性能差。 但是这个功能不能和设备映射器同时使用,也即是,如果你使用了逻辑卷、软RAID、多路径磁盘,则这个值不生效。

jbd2是个什么?

The Journaling Block Device (JBD) provides a filesystem-independent interface for filesystem journaling. ext3, ext4 and OCFS2 are known to use JBD. OCFS2 starting from Linux 2.6.28[1] and ext4 use a fork of JBD called JBD2.[2]

文件系统的日志功能,jbd2是ext4文件系统版本。

检查是否存在jbd2进程

[root@7dgroup2 ~]# ps -ef|grep jbd2
root       267     2  0 Aug21 ?        00:06:17 [jbd2/vda1-8]
root     24428 22755  0 09:48 pts/0    00:00:00 grep --color=auto jbd2
[root@7dgroup2 ~]#

检查文件系统的功能

[root@7dgroup2 ~]# dumpe2fs /dev/vda1 | grep has_journal
dumpe2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem features:      has_journal ext_attr resize_inode dir_index filetype needs_recovery sparse_super large_file
[root@7dgroup2 ~]#

存在has_journal。

问题现象

在使用iotop看的时候,会有如下信息出现。

Total DISK READ: 46.15 M/s | Total DISK WRITE: 8.24 K/s
  TID  PRIO  USER    DISK READ  DISK WRITE  SWAPIN    IO>    COMMAND
 4036 be/4 search  56.87 K/s  26.45 K/s  0.00 % 87.64 % [jbd2/dm-0-4]

解决方案一

关闭日志功能。

tune2fs -o journal_data_writeback /dev/vda1
tune2fs -O "^has_journal" /dev/vda1
e2fsck -f /dev/vda1

如果使用tune2fs时候,提示disk正在mount,如果是非系统盘下,你可以使用

fuser -km /home #杀死所有使用/home下的进程
umount /dev/vda1 #umount

之后在使用上面的命令进行移除has_journal。

解决方案二

如果是bug的话,可以用这种方式解决。如果是不是bug,这种方式也解决不了,所以要先判断下引起问题的原因再选择解决方案。

升级系统内核。

yum update kernel

解决方案三

禁用Barrier的同时修改commit的值。这个方式可以解决barrier引起的性能下降,但是解决不了系统bug的问题。

修改commit值,降低文件系统提交次数或者禁用barrier特性; 建议文件系统参数为:

defaults,noatime,nodiratime,barrier=0,data=writeback,commit=60

然后重新挂载。

mount -o remount,commit=60 /data

其中barrier=0是禁用barrier特性,commit=60是减少提交次数。 减少提交次数只能缓解。

解决方案四

如果不是bug,并且不想禁用barrier时,用此方式缓解。

想尽办法降低IO,缓解IO压力。这种方式也会导致其他系统资源用不上去。 比如说在mysql中把syncbinlog加大,同时将innodbflushlogattrxcommit增加。 比如说在应用中减少IO的读写。

bug的根源

在之前的版本中出现问题有一个原因是ext4文件系统出现bug。 这个bug出现的比较早了,我看kernel tracker里最早的信息是2011年,如果如果是用的老版本,我建议先做升级。如果没有升级条件,只能用上面的关闭日志功能的解决方案。

bug原因是: 在这段代码中:

int __jbd2_log_start_commit(journal_t *journal, tid_t target)
{
        /*
         * Are we already doing a recent enough commit?
         */
        if (!tid_geq(journal->j_commit_request, target)) {
                /*
                 * We want a new commit: OK, mark the request and wakup the
                 * commit thread.  We do _not_ do the commit ourselves.
                 */
                journal->j_commit_request = target;
                jbd_debug(1, "JBD: requesting commit %d/%d\n",
                          journal->j_commit_request,
                          journal->j_commit_sequence);
                wake_up(&journal->j_wait_commit);
                return 1;
        }
        return 0;
}

中的tid_geq的函数是这样实现的。

static inline int tid_geq(tid_t x, tid_t y)
{
        int difference = (x - y);
        return (difference >= 0);
}

假设jcommitrequest值为2157483647,而target的值为0,看上去 if (!tidgeq(journal->jcommit_request, target))这个判断是不会走的。 但是unsigned int的x减去0之后,转为difference时,difference的定义是int型,此时的结果是多少呢?是-2137483649。 为什么呢?因为unsigned int类型的最大值是2147483647。

printf ("%d.\n", 0x7FFFFFFF);

而2157483647 - 0的这个结果显然溢出了,变成了负数。比如,你可以尝试这样打印。

printf ("%d.\n", 0x8FFFFFFFF);

结果就变成了:-1。 有兴趣的,可以自己写个简单的源码试一下。

#include <stdio.h>

int main( void )
{
        unsigned int x=2157483647;
        unsigned int y=0;
        int diff=0;
        diff = x - y;
        printf ("the diff is %ld.\n", diff);
        return 0;
}

执行之后是什么呢?

the diff is -2117515188..

可见在这种情况下,因为溢出的变量导致if (!tidgeq(journal->jcommit_request, target))走到了。

这个unsigned int的变量是jbd2给每个transaction的tid,tid是一直增加的,因为这个类型容易溢出,所以用tidgeq来判断下,意思是2157483647这个tid已经提交了,所以把1000号的transaction commit掉,于是执行了wakeup(&journal->jwaitcommit);。但是执行之后才发现,原来并没有运行中的事务,于是系统就疯了。 在trace jbd2的可以看到target有0的情况。实际上,大部分的target都不会是0,这个0是因为ialloc.c中的idatasynctid没有正确赋值,所以使用了默认的0。 idatasynctid是在创建inode或者ext4iget()时更新的,如果应用在打开某些文件后就不再关闭,只是一直更新,这时extent树是不变的(ext4使用extent取代了传统的block映射方式),但是jcommit_request随着jbd2日志的提交而不断增加,所以最后这个差值会在业务运行到一定时间之后出现负值。 如果是这个bug引起的话,可以看到的现象是jbd2这个进程长时间占着99%的IO。

影响版本

有此问题的os版本,只根据我使用过的版本列的:

CentOS6.5-64bit
CentOS6.9-64bit

内核版本:

2.6.32-131.0.15.el6.x86_64

原文发布于微信公众号 - 7DGroup(Zee_7DGroup)

原文发表时间:2018-09-28

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