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1 I/O 基准测试

为了更客观合理地评估优化效果，我们首先应该对磁盘和文件系统进行基准测试，得到文件系统或者磁盘 I/O 的极限性能。可通过 blktrace+fio 的组合使用来测试。

2 I/O 性能优化

2.1 应用程序优化

• 用追加写代替随机写。
• 可以借助缓存 I/O ，充分利用系统缓存。C 标准库提供的 fopen、fread 等库函数，都会利用标准库的缓存，减少磁盘的操作。而直接使用 open、read 等系统调用时，就只能利用操作系统提供的页缓存和缓冲区等，而没有库函数的缓存可用。
• 可以在应用程序内部构建自己的缓存，或者用 Redis 这类外部缓存系统。
• 在需要频繁读写同一块磁盘空间时，可以用 mmap 代替 read/write，减少内存的拷贝次数。
• 在需要同步写的场景中，尽量将写请求合并，而不是让每个请求都同步写入磁盘，即可以用 fsync() 取代 O_SYNC。
• 在多个应用程序共享相同磁盘时，为了保证 I/O 不被某个应用完全占用，推荐使用 cgroups 的 I/O 子系统，来限制进程 / 进程组的 IOPS 以及吞吐量。
• 在使用 CFQ 调度器时，可以用 ionice 来调整进程的 I/O 调度优先级，特别是提高核心应用的 I/O 优先级。

2.2 文件系统优化

• 根据实际创建选择合适的文件系统。例如相对于 ext4，xfs 支持更大的磁盘分区和更大的文件数量，但无法收缩。
• 优化文件系统配置项。如文件系统的特性、日志模式、挂载项等。
• 优化文件系统的缓存。如 pdflush 脏页刷新频率和脏页限额；内核回收目录项缓存和索引节点缓存的倾向；在不需要持久化时，采用内存文件系统 tmpfs 以获得更好的 I/O 性能。

2.3 磁盘优化

• 换用更好性能的磁盘，如用 SSD 代替 HDD。
• 使用 RAID，将多个磁盘组合成一个冗余磁盘阵列，提供数据可靠性和访问性能。
• 针对磁盘和应用程序 I/O 模式特征，选择更合适的 I/O 调度算法。比如，SSD 和虚拟机中的磁盘通过采用 noop 算法，数据库应用通常采用 deadline 算法。
• 对应用程序的数据，采用磁盘级别的隔离。比如，日志、数据库等 I/O 压力比较重的应用，应单独配置磁盘。
• 在顺序读比较多的场景中，增大磁盘预读取数据。
• 优化内核设备 I/O 选项。比如，增大磁盘队列长度，提高吞吐量。
• 磁盘本出现硬件错误时，及时查看。如查看 dmesg 中是否有 I/O 硬件故障的日志。

参考

倪朋飞. Linux 性能优化实战.