怎么去测试物理服务器和虚拟机的磁盘IO的读写性能。

一般的磁盘检查工具就可以了，像 HD Tune 之类的，有的优化软件也集成了硬盘检测的组件，可以做读写测试的，比如“软媒魔方”集成的“磁盘大师”组件等等。

如果还不清楚，就直接百度搜索“磁盘性能测试”吧，会有你想要的。

如何让CentOS服务器磁盘io性能翻倍

　　这一期我们来看一下有哪些办法可以减少linux下的文件碎片。主要是针对磁盘长期满负荷运转的使用场景（例如http代理服务器）；另外有一个小技巧，针对互联网服务器，可以将io性能提升数倍。如果为服务器订制一个专用文件系统，可以完全解决文件碎片的问题，将磁盘io的性能发挥至极限。对于我们的代理服务器，相当于把io性能提升到3-5倍。

　　在现有文件系统下进行优化linux内核和各个文件系统采用了几个优化方案来提升磁盘访问速度。但这些优化方案需要在我们的服务器设计中进行配合才能得到充分发挥。

　　文件系统缓存linux内核会将大部分空闲内存交给虚拟文件系统，来作为文件缓存，叫做page cache。在内存不足时，这部分内存会采用lru算法进行淘汰。通过free命令查看内存，显示为cached的部分就是文件缓存了。

　　如果能找到当前使用场景下，文件被访问的统计特征，针对性的写一个淘汰算法，可以大幅提升文件缓存的命中率。对于http正向代理来说，一个好的淘汰算法可以用1GB内存达到lru算法100GB内存的缓存效果。如果不打算写一个新的淘汰算法，一般不需要在应用层再搭一个文件cache程序来做缓存。

最小分配

　　最小分配的副作用是会浪费一些磁盘空间（分配了但是又没有使用）

　　如果当前使用场景下小文件很多，把预分配改大就会浪费很多磁盘空间，所以这个数值要根据当前使用场景来设定。似乎要直接改源代码才能生效，不太记得了，09年的时候改的，有兴趣的同学自己google吧。

io访问调度

　　如何针对性优化：io访问调度能大幅提升io性能，前提是应用层同时发起了足够的io访问供linux去调度。怎样才能从应用层同时向内核发起多个io访问呢？方案一是用aio_read异步发起多个文件读写请求。

　　小提示：将文件句柄设置为非阻塞时，进程还是会睡眠等待磁盘io，非阻塞对于文件读写是不生效的。在正常情况下，读文件只会引入十几毫秒睡眠，所以不太明显；而在磁盘io极大时，读文件会引起十秒以上的进程睡眠。详见内核源代码do_generic_file_read会调用lock_page_killable进入睡眠，但是不会判断句柄的非阻塞标志。

预读取linux内核可以预测我们“将来的读请求”并提前将数据读取出来。通过预读取可以减少读io的次数，并且减小读请求的延时。

　　当文件扩大，需要分配磁盘空间时，可以不立即进行分配，而是暂存在内存中，将多次分配磁盘空间的请求聚合在一起后，再进行一次性分配。

　　延迟分配的副作用有几个：1 如果应用程序每次写数据后都通过fsync等接口进行强制刷新，延迟分配将不起作用2 延迟分配有可能间歇性引入一个较大的磁盘IO延时（因为要一次性向磁盘写入较多数据）

如何针对性优化：

　　“让每个目录下的文件连续存储”是一个极有价值的功能。假设一个网页上有10张，这10张虽然存在10个文件中，但其实是几乎同时被用户访问的。如果能让这10张存储在连续的磁盘空间中，就能把io性能提升10倍（一次寻道就可以读10个文件了）传统的做法是通过拼接来将这10张合并到一张大图中，再由前端将大图切成10张小图。有了e4defrag后，可以将需连续访问的文件放在同一个文件夹下，再定期使用e4defrag进行磁盘整理。

　　实现自己的文件系统我们曾经写过一款专用文件系统，针对代理服务器，将磁盘io性能提升到3-5倍。在大部分服务器上，不需要支持“修改文件”这个功能。一旦文件创建好，就不能再做修改操作，只支持读取和删除。在这个前提下，我们可以消灭所有文件碎片，把磁盘io效率提升到理论极限。

　　大于16MB的文件，服务器创建文件时告诉文件系统分配16MB磁盘空间。后续每次扩大文件大小时，要么是16MB，要么就是文件终结。不允许在文件未终结的情况下分配非16MB的空间。读写文件时，每次读写16MB或者直到文件末尾。

　　在我们的文件系统中，小文件完全无碎片，一次寻道就能搞定一个文件，达到了理论上最佳的性能。大文件每次磁头定位读写16MB，性能没有达到100%，但已经相当好了。有一个公式可以衡量磁盘io的效率：磁盘利用率 = 传输时间/（平均寻道时间+传输时间）对我们当时采用的磁盘来说（1T 7200转sata)，16MB连续读写已经可以达到98%以上的磁盘利用率。

win7 64位系统造成硬盘读写缓慢的原因及解决方法：

在Win7系统中经常会遇到读写文件特别慢的现象，这是Win7的一个叫远程差分压缩的功能导致的，而这个功能会使网络（局域网）中的读写速度变慢，但是Win7不会区分本地和网络，所以在本地读写较大文件时时间较长。

解决该问题的方法是：

1、点开始——控制面板；

2、点程序；

3、点打开或关闭Windows功能；

4、取消选中远程差分压缩，单击确定。

假定在程序效率和关键过程相当且不计入缓存等措施的条件下，读写任何类型的数据都没有直接操作文件来的快，不论MSYQL过程如何，最后都要到磁盘上去读这个“文件”（记录存储区等效），所以当然这一切的前提是只读 内容，无关任何排序或查找操作。

动态网站一般都是用数据库来存储信息，如果信息的及时性要求不高 可以加入缓存来减少频繁读写数据库。

两种方式一般都支持，但是绕过操作系统直接操作磁盘的性能较高，而且安全性也较高，数据库系中的磁盘性能一直都是瓶颈，大型数据库一般基于unix

系统，当然win下也有，不常用应为win的不可靠性，unix下，用的是裸设备raw设备，就是没有加工过的设备（unix下的磁盘分区属于特殊设备，

以文件形式统一管理），由dbms直接管理，不通过操作系统，效率很高，可靠性也高，因为磁盘，cache和内存都是自己管理的，大型数据库系统

db2，oracal，informix（不太流行了），mssql算不上大型数据库系统。

1、直接读文件相比数据库查询效率更胜一筹，而且文中还没算上连接和断开的时间。

2、一次读取的内容越大，直接读文件的优势会越明

显（读文件时间都是小幅增长，这跟文件存储的连续性和簇大小等有关系），这个结果恰恰跟书生预料的相反，说明MYSQL对更大文件读取可能又附加了某些操

作（两次时间增长了近30%），如果只是单纯的赋值转换应该是差异偏小才对。

3、写文件和INSERT几乎不用测试就可以推测出，数据库效率只会更差。

4、很小的配置文件如果不需要使用到数据库特性，更加适合放到独立文件里存取，无需单独创建数据表或记录，很大的文件比如、音乐等采用文件存储更为方便，只把路径或缩略图等索引信息放到数据库里更合理一些。

5、PHP上如果只是读文件，file_get_contents比fopen、fclose更有效率，不包括判断存在这个函数时间会少3秒左右。

6、fetch_row和fetch_object应该是从fetch_array转换而来的，书生没看过PHP的源码，单从执行上就可以说明fetch_array效率更高，这跟网上的说法似乎相反。

磁盘读写与数据库的关系：

一 磁盘物理结构

(1) 盘片：硬盘的盘体由多个盘片叠在一起构成。

在硬盘出厂时，由硬盘生产商完成了低级格式化(物理格式化)，作用是将空白的盘片(Platter)划分为一个个同圆心、不同半径的磁道

(Track)，还将磁道划分为若干个扇区(Sector)，每个扇区可存储128×2的N次方（N=0123）字节信息，默认每个扇区的大小为

512字节。通常使用者无需再进行低级格式化操作。

(2) 磁头：每张盘片的正反两面各有一个磁头。

(3) 主轴：所有磁片都由主轴电机带动旋转。

(4) 控制集成电路板：复杂！上面还有ROM（内有软件系统）、Cache等。

二 磁盘如何完成单次IO操作

(1) 寻道

当控制器对磁盘发出一个IO操作命令的时候，磁盘的驱动臂(Actuator

Arm)带动磁头(Head)离开着陆区(Landing

Zone，位于内圈没有数据的区域)，移动到要操作的初始数据块所在的磁道(Track)的正上方，这个过程被称为寻道(Seeking)，对应消耗的时

间被称为寻道时间(Seek Time)；

(2) 旋转延迟

找到对应磁道还不能马上读取数据，这时候磁头要等到磁盘盘片(Platter)旋转到初始数据块所在的扇区(Sector)落在读写磁头正下方之后才能开始读取数据，在这个等待盘片旋转到可操作扇区的过程中消耗的时间称为旋转延时(Rotational Delay)；

(3) 数据传送

接下来就随着盘片的旋转，磁头不断的读/写相应的数据块，直到完成这次IO所需要操作的全部数据，这个过程称为数据传送(Data Transfer)，对应的时间称为传送时间(Transfer Time)。完成这三个步骤之后单次IO操作也就完成了。

根据磁盘单次IO操作的过程，可以发现：

单次IO时间 = 寻道时间 + 旋转延迟 + 传送时间

进而推算IOPS(IO per second)的公式为：

IOPS = 1000ms/单次IO时间

三 磁盘IOPS计算

不同磁盘，它的寻道时间，旋转延迟，数据传送所需的时间各是多少？

1 寻道时间

考虑到被读写的数据可能在磁盘的任意一个磁道，既有可能在磁盘的最内圈（寻道时间最短），也可能在磁盘的最外圈（寻道时间最长），所以在计算中我们只考虑平均寻道时间。

在购买磁盘时，该参数都有标明，目前的SATA/SAS磁盘，按转速不同，寻道时间不同，不过通常都在10ms以下：

3 传送时间2 旋转延时

和寻道一样，当磁头定位到磁道之后有可能正好在要读写扇区之上，这时候是不需要额外的延时就可以立刻读写到数据，但是最坏的情况确实要磁盘旋转整整

一圈之后磁头才能读取到数据，所以这里也考虑的是平均旋转延时，对于15000rpm的磁盘就是(60s/15000)(1/2) = 2ms。

(1) 磁盘传输速率

磁盘传输速率分两种：内部传输速率(Internal Transfer Rate)，外部传输速率(External Transfer Rate)。

内部传输速率(Internal Transfer Rate)，是指磁头与硬盘缓存之间的数据传输速率，简单的说就是硬盘磁头将数据从盘片上读取出来，然后存储在缓存内的速度。

理想的内部传输速率不存在寻道，旋转延时，就一直在同一个磁道上读数据并传到缓存，显然这是不可能的，因为单个磁道的存储空间是有限的；

实际的内部传输速率包含了寻道和旋转延时，目前家用磁盘，稳定的内部传输速率一般在30MB/s到45MB/s之间(服务器磁盘，应该会更高)。

外部传输速率(External Transfer Rate)，是指硬盘缓存和系统总线之间的数据传输速率，也就是计算机通过硬盘接口从缓存中将数据读出交给相应的硬盘控制器的速率。

硬盘厂商在硬盘参数中，通常也会给出一个最大传输速率，比如现在SATA30的6Gbit/s，换算一下就是61024/8，768MB/s，通常指的是硬盘接口对外的最大传输速率，当然实际使用中是达不到这个值的。

这里计算IOPS，保守选择实际内部传输速率，以40M/s为例。

(2) 单次IO操作的大小

有了传送速率，还要知道单次IO操作的大小(IO Chunk Size)，才可以算出单次IO的传送时间。那么磁盘单次IO的大小是多少？答案是：不确定。

操作系统为了提高 IO的性能而引入了文件系统缓存(File System Cache)，系统会根据请求数据的情况将多个来自IO的请求先放在缓存里面，然后再一次性的提交给磁盘，也就是说对于数据库发出的多个8K数据块的读操作有可能放在一个磁盘读IO里就处理了。

还有，有些存储系统也是提供了缓存（Cache），接收到操作系统的IO请求之后也是会将多个操作系统的 IO请求合并成一个来处理。

不管是操作系统层面的缓存还是磁盘控制器层面的缓存，目的都只有一个，提高数据读写的效率。因此每次单独的IO操作大小都是不一样的，它主要取决于系统对于数据读写效率的判断。这里以SQL Server数据库的数据页大小为例：8K。

(3) 传送时间

传送时间 = IO Chunk Size/Internal Transfer Rate = 8k/40M/s = 02ms

可以发现：

(31) 如果IO Chunk Size大的话，传送时间会变大，从而导致IOPS变小；

(32) 机械磁盘的主要读写成本，都花在了寻址时间上，即：寻道时间 + 旋转延迟，也就是磁盘臂的摆动，和磁盘的旋转延迟。

(33) 如果粗略的计算IOPS，可以忽略传送时间，1000ms/(寻道时间 + 旋转延迟)即可。

4 IOPS计算示例

以15000rpm为例：

(1) 单次IO时间

单次IO时间 = 寻道时间 + 旋转延迟 + 传送时间 = 3ms + 2ms + 02 ms = 52 ms

(2) IOPS

IOPS = 1000ms/单次IO时间 = 1000ms/52ms = 192 (次)

这里计算的是单块磁盘的随机访问IOPS。

考虑一种极端的情况，如果磁盘全部为顺序访问，那么就可以忽略：寻道时间 + 旋转延迟 的时长，IOPS的计算公式就变为：IOPS = 1000ms/传送时间

IOPS = 1000ms/传送时间= 1000ms/02ms = 5000 (次)

显然这种极端的情况太过理想，毕竟每个磁道的空间是有限的，寻道时间 + 旋转延迟 时长确实可以减少，不过是无法完全避免的。

四 数据库中的磁盘读写

1 随机访问和连续访问

(1) 随机访问(Random Access)

指的是本次IO所给出的扇区地址和上次IO给出扇区地址相差比较大，这样的话磁头在两次IO操作之间需要作比较大的移动动作才能重新开始读/写数据。

(2) 连续访问(Sequential Access)

相反的，如果当次IO给出的扇区地址与上次IO结束的扇区地址一致或者是接近的话，那磁头就能很快的开始这次IO操作，这样的多个IO操作称为连续访问。

(3) 以SQL Server数据库为例

数据文件，SQL Server统一区上的对象，是以extent(88k)为单位进行空间分配的，数据存放是很随机的，哪个数据页有空间，就写在哪里，除非通过文件组给每个表预分配足够大的、单独使用的文件，否则不能保证数据的连续性，通常为随机访问。

另外哪怕聚集索引表，也只是逻辑上的连续，并不是物理上。

日志文件，由于有VLF的存在，日志的读写理论上为连续访问，但如果日志文件设置为自动增长，且增量不大，VLF就会很多很小，那么就也并不是严格的连续访问了。

2 顺序IO和并发IO

(1) 顺序IO模式(Queue Mode)

磁盘控制器可能会一次对磁盘组发出一连串的IO命令，如果磁盘组一次只能执行一个IO命令，称为顺序IO；

(2) 并发IO模式(Burst Mode)

当磁盘组能同时执行多个IO命令时，称为并发IO。并发IO只能发生在由多个磁盘组成的磁盘组上，单块磁盘只能一次处理一个IO命令。

(3) 以SQL Server数据库为例

有的时候，尽管磁盘的IOPS(Disk Transfers/sec)还没有太大，但是发现数据库出现IO等待，为什么？通常是因为有了磁盘请求队列，有过多的IO请求堆积。

磁盘的请求队列和繁忙程度，通过以下性能计数器查看：

LogicalDisk/AvgDisk Queue Length

LogicalDisk/Current Disk Queue Length

LogicalDisk/%Disk Time

这种情况下，可以做的是：

(1) 简化业务逻辑，减少IO请求数；

(2) 同一个实例下，多个数据库迁移的不同实例下；

(3) 同一个数据库的日志，数据文件分离到不同的存储单元；

(4) 借助HA策略，做读写操作的分离。

3 IOPS和吞吐量(throughput)

(1) IOPS

IOPS即每秒进行读写（I/O）操作的次数。在计算传送时间时，有提到，如果IO Chunk Size大的话，那么IOPS会变小，假设以100M为单位读写数据，那么IOPS就会很小。

(2) 吞吐量(throughput)

吞吐量指每秒可以读写的字节数。同样假设以100M为单位读写数据，尽管IOPS很小，但是每秒读写了N100M的数据，吞吐量并不小。

(3) 以SQL Server数据库为例

对于OLTP的系统，经常读写小块数据，多为随机访问，用IOPS来衡量读写性能；

对于数据仓库，日志文件，经常读写大块数据，多为顺序访问，用吞吐量来衡量读写性能。

磁盘当前的IOPS，通过以下性能计数器查看：

LogicalDisk/Disk Transfers/sec

LogicalDisk/Disk Reads/sec

LogicalDisk/Disk Writes/sec

磁盘当前的吞吐量，通过以下性能计数器查看：

LogicalDisk/Disk Bytes/sec

LogicalDisk/Disk Read Bytes/sec

LogicalDisk/Disk Write Bytes/sec