性能分析之随机写和顺序写

高楼Zee

发布于 2020-03-13 15:30:16

2.4K0

发布于 2020-03-13 15:30:16

文章被收录于专栏：7DGroup

昨天有人在微信上问了我一个问题：怎么看随机写多还是顺序写多？

这是一个典型的IO分析问题。

在性能分析的过程中，有很多人会去看每秒写多少，可是写多写少，有什么问题呢？这是我们要关注的内容。

对于磁盘能力的判断其实也是在这里，在这个磁盘上你看到随机写5M就已经有达到能力上限了，而在另一个磁盘上可能随机写50M都是正常的。

要想分析磁盘的写能力，可以知道不同的磁盘对应用性能的影响，特别是对IO密集型的应用来说更是要关注这一点。

针对这一问题，我做个示例来解释一下。

首先装上fio，fio是一个测试io的工具。

[root@7DGroup ~]# yum install fio

先查看扇区和Block大小

查看扇区大小

[root@7DGroup ~]# fdisk -l

Disk /dev/vda: 53.7 GB, 53687091200 bytes, 104857600 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0x000d64b4

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/vda1   *        2048   104857599    52427776   83  Linux
[root@7DGroup ~]#

Sector Size即扇区大小。上面的512 bytes即是扇区大小。

查看block大小

[root@7DGroup ~]# tune2fs -l /dev/vda1 | grep "Block size"
Block size:               4096
[root@7DGroup ~]#

一个block是由8个sectors组成。所以是512 x 8 = 4096 bytes。

随机写测试

[root@7DGroup ~]# fio -filename=/home/~/testfile -iodepth=64 -ioengine=libaio -direct=1 -rw=randwrite -bs=4k -size=2G -numjobs=64 -runtime=20 -group_reporting -name=test-rand-write
test-rand-write: (g=0): rw=randwrite, bs=(R) 4096B-4096B, (W) 4096B-4096B, (T) 4096B-4096B, ioengine=libaio, iodepth=64
...
fio-3.7
Starting 64 processes
test-rand-write: Laying out IO file (1 file / 2048MiB)
Jobs: 64 (f=64): [w(64)][15.0%][r=0KiB/s,w=6370KiB/s][r=0,w=1Jobs: 64 (f=64): [w(64)][20.0%][r=0KiB/s,w=8216KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][25.0%][r=0KiB/s,w=8608KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][30.0%][r=0KiB/s,w=8672KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][35.0%][r=0KiB/s,w=8696KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][40.0%][r=0KiB/s,w=8716KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][45.0%][r=0KiB/s,w=8672KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][50.0%][r=0KiB/s,w=8848KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][55.0%][r=0KiB/s,w=8756KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][60.0%][r=0KiB/s,w=8812KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][65.0%][r=0KiB/s,w=8812KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][70.0%][r=0KiB/s,w=8848KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][75.0%][r=0KiB/s,w=8836KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][80.0%][r=0KiB/s,w=8588KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][85.0%][r=0KiB/s,w=8724KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][90.0%][r=0KiB/s,w=9076KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][95.0%][r=0KiB/s,w=8756KiB/s][r=0,w=2Jobs: 64 (f=64): [w(64)][100.0%][r=0KiB/s,w=8688KiB/s][r=0,w=2172 IOPS][eta 00m:00s]
test-rand-write: (groupid=0, jobs=64): err= 0: pid=23642: Wed Mar 11 09:04:54 2020
  write: IOPS=2197, BW=8788KiB/s (8999kB/s)(173MiB/20176msec)
    slat (usec): min=3, max=1005.2k, avg=28669.67, stdev=143372.07
    clat (usec): min=1591, max=6497.8k, avg=1733090.60, stdev=1067661.27
     lat (usec): min=1609, max=6999.5k, avg=1761761.26, stdev=1079655.35
    clat percentiles (msec):
     |  1.00th=[   93],  5.00th=[  600], 10.00th=[  701], 20.00th=[  802],
     | 30.00th=[  894], 40.00th=[ 1401], 50.00th=[ 1502], 60.00th=[ 1703],
     | 70.00th=[ 2198], 80.00th=[ 2500], 90.00th=[ 3205], 95.00th=[ 3809],
     | 99.00th=[ 4799], 99.50th=[ 5269], 99.90th=[ 6007], 99.95th=[ 6208],
     | 99.99th=[ 6477]
   bw (  KiB/s): min=    7, max=  816, per=2.26%, avg=198.23, stdev=185.14, samples=1623
   iops        : min=    1, max=  204, avg=49.51, stdev=46.30, samples=1623
  lat (msec)   : 2=0.02%, 4=0.16%, 10=0.50%, 20=0.09%, 50=0.02%
  lat (msec)   : 100=1.20%, 250=0.88%, 500=1.21%, 750=9.01%, 1000=23.58%
  cpu          : usr=0.01%, sys=0.06%, ctx=8199, majf=0, minf=1967
  IO depths    : 1=0.1%, 2=0.3%, 4=0.6%, 8=1.2%, 16=2.3%, 32=4.6%, >=64=90.9%
     submit    : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     complete  : 0=0.0%, 4=99.8%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.2%, >=64=0.0%
     issued rwts: total=0,44328,0,0 short=0,0,0,0 dropped=0,0,0,0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=64

Run status group 0 (all jobs):
  WRITE: bw=8788KiB/s (8999kB/s), 8788KiB/s-8788KiB/s (8999kB/s-8999kB/s), io=173MiB (182MB), run=20176-20176msec

Disk stats (read/write):
  vda: ios=192/44315, merge=0/1026, ticks=2885/5039515, in_queue=5086634, util=100.00%
[root@7DGroup ~]#

随机写监控结果

[~@7DGroup ~]$ iostat -x -d 1
Linux 3.10.0-862.el7.x86_64 (7DGroup.testing-studio.com)   03/11/2020   _x86_64_  (2 CPU)

Device:         rrqm/s   wrqm/s     r/s     w/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await r_await w_await  svctm  %util
vda               0.00    64.00   24.00 1905.00    96.00  7876.00     8.27   199.60   91.33    0.79   92.47   0.43  83.00
vda               0.00     1.00   24.00 2224.00   396.00  8948.00     8.31   253.80  116.21   21.42  117.23   0.44 100.00
vda               0.00     3.00    5.00 2161.00    52.00  8656.00     8.04   254.43  115.53   93.40  115.58   0.46 100.00
vda               0.00     1.00    0.00 2217.00     0.00  8872.00     8.00   254.13  115.41    0.00  115.41   0.45 100.00
vda               0.00     1.00    0.00 2180.00     0.00  8724.00     8.00   284.31  116.22    0.00  116.22   0.51 112.10
vda               0.00   206.00    3.00 2176.00    24.00  9528.00     8.77   231.58  106.90    6.33  107.04   0.46 100.00
vda               0.00    34.00    0.00 2247.00     0.00  9128.00     8.12   250.35  111.31    0.00  111.31   0.45 100.00
vda               0.00     1.00   35.00 2177.00  1352.00  8712.00     9.10   254.86  114.53   17.29  116.10   0.45 100.00
vda               0.00     0.00    7.00 2171.00    80.00  8684.00     8.05   254.91  117.12   59.57  117.31   0.46 100.00
vda               0.00     2.00    0.00 2204.00     0.00  8824.00     8.01   253.74  115.22    0.00  115.22   0.45 100.00
vda               0.00   303.00    0.00 2198.00     0.00 10016.00     9.11   241.84  108.99    0.00  108.99   0.45 100.00
vda               0.00     1.00    0.00 2199.00     0.00  8796.00     8.00   254.11  116.99    0.00  116.99   0.45 100.00
vda               0.00     2.00    0.00 2199.00     0.00  8808.00     8.01   255.14  116.00    0.00  116.00   0.45 100.00
vda               0.00     0.00    1.00 2213.00     4.00  8852.00     8.00   253.19  116.23    9.00  116.28   0.45 100.00
vda               0.00     0.00  116.00 2211.00  2296.00  8844.00     9.57   261.34  108.23    5.62  113.61   0.44 102.90
vda               0.00   404.00    1.00 2146.00   472.00 10200.00     9.94   245.29  113.20  202.00  113.16   0.47  99.90
vda               0.00     1.00    0.00 2178.00     0.00  8716.00     8.00   254.43  115.69    0.00  115.69   0.46 100.00
vda               0.00     0.00    0.00 2270.00     0.00  9080.00     8.00   254.27  114.14    0.00  114.14   0.44 100.00
vda               0.00     1.00    0.00 2188.00     0.00  8756.00     8.00   254.68  114.86    0.00  114.86   0.46 100.00
vda               0.00     0.00    0.00 2169.00     0.00  8676.00     8.00   254.06  115.80    0.00  115.80   0.46 100.00
vda               0.00   489.00   29.00  779.00   820.00  5072.00    14.58    74.50  118.95   10.00  123.01   0.51  41.60

‍

随机写结果分析

以上结果中，拿出一条来说明一下。

Device:         rrqm/s   wrqm/s     r/s     w/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await r_await w_await  svctm  %util
vda               0.00     0.00  116.00 2211.00  2296.00  8844.00     9.57   261.34  108.23    5.62  113.61   0.44 102.90

‍在这一条中wkB/s为8656，根据前面查到的信息，计算下写次数如下：

(8844*1024)/4096 = 2211（次）

也即是w/s的值。也就是说上面的每一次写都是随机写，每次写都是4K。没有连续写过一个block。

将上面的结果整理成图看一下。

执行顺序写测试

[root@7DGroup ~]# fio -filename=/home/~/test -iodepth=64 -ioengine=libaio -direct=1 -rw=write -bs=4k -size=2g -numjobs=64 -runtime=20 -group_reporting -name=test-seq-write
test-seq-write: (g=0): rw=write, bs=(R) 4096B-4096B, (W) 4096B-4096B, (T) 4096B-4096B, ioengine=libaio, iodepth=64
...
fio-3.7
Starting 64 processes
Jobs: 64 (f=64): [W(64)][20.0%][r=0KiB/s,w=173MiB/s][r=0,w=44Jobs: 64 (f=64): [W(64)][25.0%][r=0KiB/s,w=178MiB/s][r=0,w=45Jobs: 64 (f=64): [W(64)][33.3%][r=0KiB/s,w=160MiB/s][r=0,w=40Jobs: 64 (f=64): [W(64)][35.0%][r=0KiB/s,w=163MiB/s][r=0,w=41Jobs: 64 (f=64): [W(64)][40.0%][r=0KiB/s,w=174MiB/s][r=0,w=44Jobs: 64 (f=64): [W(64)][45.0%][r=0KiB/s,w=195MiB/s][r=0,w=50Jobs: 64 (f=64): [W(64)][50.0%][r=0KiB/s,w=190MiB/s][r=0,w=48Jobs: 64 (f=64): [W(64)][55.0%][r=0KiB/s,w=158MiB/s][r=0,w=40Jobs: 64 (f=64): [W(64)][60.0%][r=0KiB/s,w=140MiB/s][r=0,w=35Jobs: 64 (f=64): [W(64)][65.0%][r=0KiB/s,w=140MiB/s][r=0,w=35Jobs: 64 (f=64): [W(64)][70.0%][r=0KiB/s,w=144MiB/s][r=0,w=36Jobs: 64 (f=64): [W(64)][75.0%][r=0KiB/s,w=126MiB/s][r=0,w=32Jobs: 64 (f=64): [W(64)][80.0%][r=0KiB/s,w=132MiB/s][r=0,w=33Jobs: 64 (f=64): [W(64)][85.7%][r=0KiB/s,w=127MiB/s][r=0,w=32Jobs: 64 (f=64): [W(64)][90.0%][r=0KiB/s,w=131MiB/s][r=0,w=33Jobs: 64 (f=64): [W(64)][95.0%][r=0KiB/s,w=156MiB/s][r=0,w=39.9k IOPSJobs: 64 (f=64): [W(64)][100.0%][r=0KiB/s,w=148MiB/s][r=0,w=37.9k IOPS][eta 00m:00s]
test-seq-write: (groupid=0, jobs=64): err= 0: pid=29351: Wed Mar 11 09:32:45 2020
  write: IOPS=43.0k, BW=168MiB/s (176MB/s)(3379MiB/20096msec)
    slat (nsec): min=387, max=105121k, avg=57281.16, stdev=1018413.58
    clat (usec): min=432, max=305566, avg=94871.28, stdev=50558.84
     lat (usec): min=1011, max=310779, avg=94929.52, stdev=50583.10
    clat percentiles (msec):
     |  1.00th=[    8],  5.00th=[   14], 10.00th=[   20], 20.00th=[   53],
     | 30.00th=[   88], 40.00th=[   93], 50.00th=[   96], 60.00th=[  101],
     | 70.00th=[  104], 80.00th=[  110], 90.00th=[  184], 95.00th=[  192],
     | 99.00th=[  207], 99.50th=[  215], 99.90th=[  292], 99.95th=[  296],
     | 99.99th=[  300]
   bw (  KiB/s): min= 1021, max= 6480, per=1.56%, avg=2689.53, stdev=806.09, samples=2525
   iops        : min=  255, max= 1620, avg=672.25, stdev=201.55, samples=2525
  lat (usec)   : 500=0.01%, 750=0.01%, 1000=0.01%
  lat (msec)   : 2=0.01%, 4=0.15%, 10=2.06%, 20=8.43%, 50=8.96%
  lat (msec)   : 100=41.57%, 250=38.45%, 500=0.36%
  cpu          : usr=0.14%, sys=0.50%, ctx=46445, majf=0, minf=1963
  IO depths    : 1=0.1%, 2=0.1%, 4=0.1%, 8=0.1%, 16=0.1%, 32=0.2%, >=64=99.5%
     submit    : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     complete  : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.1%, >=64=0.0%
     issued rwts: total=0,864915,0,0 short=0,0,0,0 dropped=0,0,0,0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=64

Run status group 0 (all jobs):
  WRITE: bw=168MiB/s (176MB/s), 168MiB/s-168MiB/s (176MB/s-176MB/s), io=3379MiB (3543MB), run=20096-20096msec

Disk stats (read/write):
  vda: ios=0/44205, merge=0/802076, ticks=0/3035521, in_queue=3052433, util=99.39%
[root@7DGroup ~]#

顺序写监控结果

[root@7DGroup ~]# iostat -x -d 1
Linux 3.10.0-862.el7.x86_64 (7DGroup.testing-studio.com)   03/11/2020   _x86_64_  (2 CPU)

Device:         rrqm/s   wrqm/s     r/s     w/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await r_await w_await  svctm  %util
vda               0.00 37312.00    0.00 2101.00     0.00 159368.00   151.71   157.45   74.39    0.00   74.39   0.48 100.10
vda               0.00 39715.00    0.00 2530.00     0.00 170552.00   134.82   154.20   61.61    0.00   61.61   0.40 100.00
vda               0.00 46224.00    0.00 2411.00     0.00 196772.00   163.23   162.48   66.83    0.00   66.83   0.41 100.00
vda               0.00 46567.00    0.00 2523.00     0.00 198820.00   157.61   163.02   64.85    0.00   64.85   0.40 100.00
vda               0.00 40533.00    0.00 2070.00     0.00 172260.00   166.43   151.07   72.95    0.00   72.95   0.48 100.00
vda               0.00 36154.00    0.00 1996.00     0.00 159424.00   159.74   153.97   77.90    0.00   77.90   0.50 100.10
vda               0.00 32457.00    0.00 2017.00     0.00 135488.00   134.35   153.49   74.38    0.00   74.38   0.50 100.00
vda               0.00 34367.33    0.00 1804.95     0.00 146257.43   162.06   155.13   86.99    0.00   86.99   0.55  99.11
vda               0.00 32396.00    0.00 1876.00     0.00 137956.00   147.07   154.61   81.67    0.00   81.67   0.53 100.00
vda               0.00 31925.00    0.00 1744.00     0.00 136140.00   156.12   155.76   88.44    0.00   88.44   0.57 100.10
vda               0.00 30974.00    0.00 1614.00     0.00 132836.00   164.60   153.09   97.19    0.00   97.19   0.62 100.20
vda               0.00 30620.00    0.00 1917.00     0.00 130372.00   136.02   151.35   77.84    0.00   77.84   0.52 100.00
vda               0.00 33711.00    0.00 2211.00     0.00 145920.00   131.99   152.76   69.49    0.00   69.49   0.45 100.00
vda               0.00 34815.00    0.00 2161.00     0.00 160936.00   148.95   142.48   70.59    0.00   70.59   0.46 100.00
vda               0.00 25413.00    0.00 1640.00     0.00 110504.00   134.76   104.69   63.86    0.00   63.86   0.43  70.20

顺序写结果分析

以上结果中，拿一条出来说明一下：

Device:         rrqm/s   wrqm/s     r/s     w/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await r_await w_await  svctm  %util
vda               0.00 39715.00    0.00 2530.00     0.00 170552.00   134.82   154.20   61.61    0.00   61.61   0.40 100.00

‍‍在这一条中，wkB/s是170552，计算一下如果全是随机写要写多少次。

(170552*1024)/4096 = 42,638(次)

但实际上，你可以看到w/s是2530次。也就是说，在顺序写的过程中，每次写：

170552/2530 = 67.4118577075 kB

即是16.8529644269个block。

结果图如下：

对比下来，你就知道，为什么我们在分析IO的时候，当应用引起的随机写高的话，会严重影响我们的性能了。

在我的这个系统的示例中就可以看出来，在IO使用率比较高的情况下，如果依旧是每次写4K左右，那就是随机写多；如果是每次写67K左右，那就是顺序写多。

在你的系统中，也可以先做这样的测试，再比对应用执行时的随机写多还是顺序写多。

PS：

公众号被邀请开通收付费功能。以后文章要考虑一下了。哈哈。

再PS：

由于李文同学知道如何设置公众号回复关键字即推送指定文章，所以后面会把各文章整理下对应的关键字，以便看官们查看。

再再PS：

阅读本公众号文章时若发现错别字或逻辑错误，请联系我们，必有红包感谢！

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自微信公众号。

原始发表：2020-03-13，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

腾讯云测试服务

腾讯云开发者社区

本文分享自 7DGroup 微信公众号，前往查看

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，欢迎热爱写作的你一起参与！

腾讯云测试服务

腾讯云开发者社区

登录后参与评论

0 条评论

热度