iostat命令如何监控Linux磁盘I/O性能？

Linux iostat命令是sysstat软件包中的一个实用工具，主要用于监控系统输入/输出（I/O）统计信息，它能够实时显示磁盘设备的I/O负载、CPU使用情况以及分区级别的统计信息，是系统管理员进行性能分析和故障排查的重要工具，iostat命令通过读取/proc/stat和/proc/diskstats等内核虚拟文件获取数据，支持按指定时间间隔重复输出,也可以生成汇总报告。

基本语法与常用选项

iostat命令的基本语法格式为iostat [选项] [时间间隔] [次数]，时间间隔以秒为单位，表示每次输出之间的等待时间；次数指定输出次数，若省略则默认输出一次,常用选项包括：

• -c：仅显示CPU统计信息。
• -d：仅显示磁盘I/O统计信息。
• -k：以KB/s为单位显示传输速率，默认为块/秒。
• -m：以MB/s为单位显示传输速率。
• -x：显示扩展统计信息，包括util、await、svctm等关键指标。
• -p：显示分区信息，如iostat -p sda会显示sda磁盘及其分区的统计。
• -N：显示设备名称,避免截断。

输出字段解析

执行iostat -d命令后,默认输出包含以下字段：

• Device：磁盘设备名称。
• tps：每秒传输次数（Transfers Per Second），即I/O请求数量。
• Blk_read/s：每秒读取的块数（默认为512字节/块）。
• Blk_wrtn/s：每秒写入的块数。
• Blk_read：累计读取的块数（仅当指定次数时显示）。
• Blk_wrtn：累计写入的块数（仅当指定次数时显示）。

输出可能如下：

Device             tps    Blk_read/s    Blk_wrtn/s
sda               12.3        256.7        512.4

若使用iostat -x,则会显示更详细的指标：

• rrqm/s：每秒合并的读取请求数。
• wrqm/s：每秒合并的写入请求数。
• r_await：读取请求的平均等待时间（毫秒）。
• w_await：写入请求的平均等待时间（毫秒）。
• await：所有请求的平均等待时间（毫秒）。
• svctm：平均服务时间（毫秒）。
• %util：磁盘利用率（%），即处理I/O请求的时间占比。

实际应用场景

1. 磁盘性能瓶颈识别
   当%util持续接近100%时，表明磁盘已饱和，可能成为系统性能瓶颈，若数据库服务器的磁盘利用率长时间高于90%，需考虑优化I/O操作或升级存储设备。

2. I/O延迟分析
   await指标反映I/O请求的响应时间，若await显著高于svctm，说明请求存在排队等待，可能是磁盘负载过高或磁盘性能不足。await为50ms而svctm为5ms,表明请求平均排队45ms。

3. 读写负载均衡
   通过Blk_read/s和Blk_wrtn/s可分析磁盘的读写比例，若某磁盘写入流量远高于其他磁盘，可能需要调整数据分布策略,如RAID配置或应用层读写分离。

4. CPU与I/O关联分析
   结合iostat -c可观察CPU与I/O的关联性，若CPU空闲率高但磁盘利用率高，说明I/O是主要瓶颈；若CPU利用率高而磁盘利用率低,可能是CPU计算密集型任务导致。

   
   （图片来源网络，侵删）

高级用法与实例

1. 实时监控磁盘I/O
   执行iostat -dx 2会每2秒刷新一次扩展统计信息,适合实时观察动态变化。

   iostat -dx 2

   输出中若%util持续超过80%，且await较高,需进一步排查磁盘健康状态。

2. 汇总指定时间段的I/O统计
   通过iostat -d 60 3可每60秒输出一次统计，共3次，适合分析长时间段的I/O趋势,观察备份任务期间的磁盘负载变化。

3. 过滤特定磁盘
   使用iostat -d sdb sdc可仅监控sdb和sdc磁盘的I/O情况,避免无关设备干扰分析。

4. 生成性能报告
   结合-N选项可避免设备名称截断,便于日志分析。

   iostat -dxN 1 10 > iostat_report.txt

常见问题与优化建议

1. 磁盘利用率高但I/O低
   可能原因：磁盘队列深度不足或磁盘本身性能瓶颈，可通过调整/sys/block/sda/queue/nr_requests增加队列深度,或升级SSD等高性能存储。

2. 高await值与低util值
   可能原因：磁盘存在大量小I/O请求或RAID重构等后台任务，可通过fio工具进行I/O压力测试，或调整应用层的I/O大小（如增大MySQL的innodb_buffer_pool_size）。

相关问答FAQs

Q1: iostat中的await和svctm有什么区别？
A1: await表示I/O请求从发出到完成的总时间（包括排队和服务时间），而svctm表示磁盘处理请求的实际服务时间，若await远高于svctm，说明请求排队严重，可能需要增加磁盘并行能力或优化I/O调度策略。

Q2: 如何通过iostat判断是否需要升级存储设备？
A2: 若观察到以下情况之一，建议升级存储：1）%util持续高于80%且伴随高await；2）svctm显著高于磁盘规格（如机械硬盘svctm通常低于10ms，若持续高于20ms说明性能不足）；3）读写吞吐量（Blk_read/s+Blk_wrtn/s）接近磁盘理论上限（如SATA SSD约600MB/s）。