應用卡死可能是因為你的磁盤IO出了問題

計算機有三大件：CPU、內(nèi)存、磁盤，這三者有一個“拖后腿”的，那就是磁盤。在生產(chǎn)環(huán)境，作為數(shù)據(jù)庫角色的服務器磁盤建議拿至少4塊硬盤做RAID10，這樣既保證數(shù)據(jù)讀寫速度也保證數(shù)據(jù)的安全。如果使用普通的磁盤，即使CPU再強悍，最終的服務器性能也不會太好。

在我的職業(yè)生涯中，遇到過多次因為磁盤I/O效率低而導致MySQL查詢非常慢的問題。對于一般的小網(wǎng)站來說，MySQL的查詢隊列（用show processlist查看）不會超過100個，甚至不會超過10個，這是因為MySQL查詢速度非?？?。如果查詢隊列數(shù)量突然變大，可能是因為網(wǎng)站訪問量變大也可能是因為磁盤讀寫速度變慢。

本案例背景是這樣的，一臺阿里云的機器，收到告警磁盤IO達到100%，但是登錄機器后查看并沒有什么異常，也就是說磁盤飆到100%只是短暫的一會兒。既然出現(xiàn)了100%的情況，那說明肯定是有某個進程有問題。由于這個問題并不是一直出現(xiàn)，所以排查起來有點困難。于是，想到寫一個監(jiān)測腳本，來實時查看磁盤IO使用情況，當發(fā)現(xiàn)異常時，則通過一些查看服務器狀態(tài)的指令來記錄具體的指標，從而分析出是什么造成的磁盤IO使用率100%。

知識點一：使用iostat查看磁盤IO

如果你系統(tǒng)中沒有iostat命令，需要安裝sysstat包，CentOS安裝方法是：

# yum install -y sysstat

iostat命令如果不加任何選項，執(zhí)行結(jié)果如下：

# iostat
Linux 3.10.0-862.el7.x86_64 (web30)     2022年11月06日     _x86_64_    (4 CPU)
avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
                 1.50      0.00     2.10         0.07      26.12     70.21
Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
vda               15.95         1.95       108.97         545936   30453675

avg-cpu: 為總體cpu使用情況統(tǒng)計信息，對于多核cpu，這里為所有cpu的平均值

Device: 為各磁盤設備的IO統(tǒng)計信息

對于cpu統(tǒng)計信息一行，我們主要看iowait的值，它指示cpu用于等待io請求完成的時間。Device中各列含義如下：

Device: 為設備名稱

tps: 為每秒進程下發(fā)的IO讀、寫請求數(shù)量

Blk_read/s: 為每秒讀扇區(qū)數(shù)量(一扇區(qū)為512bytes)

Blk_wrtn/s: 為每秒寫扇區(qū)數(shù)量

Blk_read: 為取樣時間間隔內(nèi)讀扇區(qū)總數(shù)量

Blk_wrtn: 為取樣時間間隔內(nèi)寫扇區(qū)總數(shù)量

我們經(jīng)常會在iostat后面加上兩個數(shù)字，例如：

# iostat   1 3
Linux 3.10.0-862.el7.x86_64 (web30)     2022年11月06日     _x86_64_    (4 CPU)
avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           1.50    0.00    2.10    0.07   26.12   70.22
Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
vda              15.96         1.96       109.10     546984   30511811
avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           0.79    0.00    1.58    0.53   26.58   70.53
Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
vda             376.00         0.00      2324.00          0       2324
avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           0.78    0.00    1.04    0.00    9.14   89.03
Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
vda               0.00         0.00         0.00          0          0

第一個1表示每隔1秒打印一次，3表示一共打印3次。iostat命令還有一個非常使用的選項-x，它可以顯示更多的信息，也是我最常用的一個選項，如下：

# iostat  -d -x 1 2
Linux 3.10.0-862.el7.x86_64 (web30)     2022年11月06日     _x86_64_    (4 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     0.06    0.04   15.91     1.95   109.11    13.92     0.34   21.07    4.49   21.12   1.10   1.75
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    0.00    0.00     0.00     0.00     0.00     0.00    0.00    0.00    0.00   0.00   0.00

說明：-d選項可以把cpu相關信息過濾掉，只顯示磁盤相關信息，以下為各列的含義：

rrqm/s: 每秒對該設備的讀請求被合并次數(shù)，文件系統(tǒng)會對讀取同塊(block)的請求進行合并

wrqm/s: 每秒對該設備的寫請求被合并次數(shù)

r/s: 每秒完成的讀次數(shù)

w/s: 每秒完成的寫次數(shù)

rkB/s: 每秒讀數(shù)據(jù)量(kB為單位)

wkB/s: 每秒寫數(shù)據(jù)量(kB為單位)

avgrq-sz:平均每次IO操作的數(shù)據(jù)量(扇區(qū)數(shù)為單位)

avgqu-sz: 平均等待處理的IO請求隊列長度

await: 平均每次IO請求等待時間(包括等待時間和處理時間，毫秒為單位)

svctm: 平均每次IO請求的處理時間(毫秒為單位)

%util: 采用周期內(nèi)用于IO操作的時間比率，即IO隊列非空的時間比率

對于這些列，我們最應該關注的是最后一列%util，本案例中提到磁盤使用率100%，其實就是%util的值為100%。

知識點二：iotop查看哪個進程磁盤讀寫最高

iotop命令是一個用來監(jiān)視磁盤I/O使用狀況的top類工具。iotop具有與top相似的UI，其中包括PID、用戶、I/O、進程等相關信息。iotop命令就是由iotop包安裝得來的，在CentOS下安裝iotop的方法是：

# yum install -y iotop

安裝完成后直接輸入iotop回車，結(jié)果顯示跟top類似，它是動態(tài)實時查看各個進程的磁盤讀寫情況，效果如下：

# iotop
Total DISK READ :    0.00 B/s | Total DISK WRITE :      60.42 K/s
Actual DISK READ:    0.00 B/s | Actual DISK WRITE:       0.00 B/s
  TID  PRIO  USER     DISK READ  DISK WRITE  SWAPIN     IO>    COMMAND                                                                                                                       
1419 be/4 nginx       0.00 B/s    3.55 K/s  0.00 %  0.00 % nginx: worker process
9634 be/4 www         0.00 B/s   49.76 K/s  0.00 %  0.00 % php-fpm: pool www
9646 be/4 www         0.00 B/s    7.11 K/s  0.00 %  0.00 % php-fpm: pool www
  512 be/4 polkitd     0.00 B/s    0.00 B/s  0.00 %  0.00 % polkitd --no-debug
    1 be/4 root        0.00 B/s    0.00 B/s  0.00 %  0.00 % systemd --switched-root --system --deserialize 22
    2 be/4 root        0.00 B/s    0.00 B/s  0.00 %  0.00 % [kthreadd]
    3 be/4 root        0.00 B/s    0.00 B/s  0.00 %  0.00 % [ksoftirqd/0]
    5 be/0 root        0.00 B/s    0.00 B/s  0.00 %  0.00 % [kworker/0:0H]
    7 rt/4 root        0.00 B/s    0.00 B/s  0.00 %  0.00 % [migration/0]
    8 be/4 root        0.00 B/s    0.00 B/s  0.00 %  0.00 % [rcu_bh]
    9 be/4 root        0.00 B/s    0.00 B/s  0.00 %  0.00 % [rcu_sched]

對于各列的輸出，很容易理解，我們主要看第4和5兩列。iotop有幾個快捷鍵，如下：

左右箭頭：改變排序方式，默認是按IO排序。

r：改變排序順序。

o：只顯示有IO輸出的進程。

p：進程/線程的顯示方式的切換。

a：顯示累積使用量。

q：退出。

如果在shell腳本中使用iotop命令，需要加上-b選項，即不使用動態(tài)顯示的模式，當然還需要加另外幾個選項，具體用法如下：

# iotop -obn2
Total DISK READ :       0.00 B/s | Total DISK WRITE :       0.00 B/s
Actual DISK READ:       0.00 B/s | Actual DISK WRITE:       0.00 B/s
  TID  PRIO  USER     DISK READ  DISK WRITE  SWAPIN      IO    COMMAND
Total DISK READ :       0.00 B/s | Total DISK WRITE :      59.67 K/s
Actual DISK READ:       0.00 B/s | Actual DISK WRITE:       0.00 B/s
  TID  PRIO  USER     DISK READ  DISK WRITE  SWAPIN      IO    COMMAND
1416 be/4 nginx       0.00 B/s    3.51 K/s  0.00 %  0.00 % nginx: worker process
1417 be/4 nginx       0.00 B/s    3.51 K/s  0.00 %  0.00 % nginx: worker process
1418 be/4 nginx       0.00 B/s    3.51 K/s  0.00 %  0.00 % nginx: worker process
1419 be/4 nginx       0.00 B/s    3.51 K/s  0.00 %  0.00 % nginx: worker process
9638 be/4 www         0.00 B/s    3.51 K/s  0.00 %  0.00 % php-fpm: pool www

說明：-o跟上面那個快捷鍵o一個意思，它的作用是只顯示有IO的進程。-n2表示需要統(tǒng)計2次，因為第一次不會顯示任何進程。

本案例參考腳本

#!/bin/bash
##監(jiān)控磁盤IO使用率，并找出哪個進程造成磁盤使用率很高
##該腳本需要寫一個常駐循環(huán)
##作者：阿銘
##日期：2022-11-06


#判斷機器上是否安裝iostat命令
if ! which iostat &>/dev/null
then
    yum install -y sysstat
    #如果你的機器為ubuntu，請使用這個命令：apt-get install -y sysstat
fi


#判斷機器上是否安裝iotop命令
if ! which iotop &>/dev/null
then
    yum install -y iotop
    #如果你的機器為ubuntu，請使用這個命令：apt-get install -y iotop
fi
#定義記錄日志的目錄
logdir=/tmp/iolog
[ -d $logdir ] || mkdir $logdir
#定義日志名字
dt=`date+%F`


#定義獲取io的函數(shù)（取5次平均值）
get_io()
{    
    iostat -dx 1 5 > $logdir/iostat.log
    sum=0
    #取最后一列的%util值循環(huán)遍歷然后相加
    for ut in  `grep "^$1" $logdir/iostat.log|awk '{print $NF}'|cut -d. -f1`
    do
        sum=$[$sum+$ut]
    done
    echo $[$sum/5]
}


#這里的true表示條件為真
while true
do
    #獲取所有設備，對所有設備名遍歷
    for d in `iostat -dx|egrep -v '^$|Device:|CPU)'|awk '{print $1}'`
    do
        io=`get_io $d`
        #如果io使用率大于等于80
        if [ $io -ge 80 ]
        then
            #向日志里記錄時間、iostat和iotop信息
            date >> $logdir/$dt   
            cat $logdir/iostat.log >>$logdir/$dt
            iotop -obn2 >>$logdir/$dt
            echo "####################" >>$logdir/$dt
        fi
    #休眠10秒，繼續(xù)以上步驟
    done
    sleep 10
done

當然，這個腳本還并不完美，因為一旦發(fā)生磁盤IO使用率很高的情況，則會持續(xù)一段時間，這樣就會頻繁地記錄日志。其實，根據(jù)以前案例二中我們學過的告警收斂的思路，可以把該腳本適當修改。希望你可以動手來寫一寫，這樣才能鍛煉你的邏輯思維能力。另外，你也可以把該腳本改為發(fā)告警郵件的形式。

審核編輯：湯梓紅