应用卡死可能是因为你的磁盘IO出了问题

计算机有三大件：CPU、内存、磁盘，这三者有一个“拖后腿”的，那就是磁盘。在生产环境，作为数据库角色的服务器磁盘建议拿至少4块硬盘做RAID10，这样既保证数据读写速度也保证数据的安全。如果使用普通的磁盘，即使CPU再强悍，最终的服务器性能也不会太好。

在我的职业生涯中，遇到过多次因为磁盘I/O效率低而导致MySQL查询非常慢的问题。对于一般的小网站来说，MySQL的查询队列（用show processlist查看）不会超过100个，甚至不会超过10个，这是因为MySQL查询速度非常快。如果查询队列数量突然变大，可能是因为网站访问量变大也可能是因为磁盘读写速度变慢。

本案例背景是这样的，一台阿里云的机器，收到告警磁盘IO达到100%，但是登录机器后查看并没有什么异常，也就是说磁盘飙到100%只是短暂的一会儿。既然出现了100%的情况，那说明肯定是有某个进程有问题。由于这个问题并不是一直出现，所以排查起来有点困难。于是，想到写一个监测脚本，来实时查看磁盘IO使用情况，当发现异常时，则通过一些查看服务器状态的指令来记录具体的指标，从而分析出是什么造成的磁盘IO使用率100%。

知识点一：使用iostat查看磁盘IO

如果你系统中没有iostat命令，需要安装sysstat包，CentOS安装方法是：

# yum install -y sysstat

iostat命令如果不加任何选项，执行结果如下：

# 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: 为总体cpu使用情况统计信息，对于多核cpu，这里为所有cpu的平均值

Device: 为各磁盘设备的IO统计信息

对于cpu统计信息一行，我们主要看iowait的值，它指示cpu用于等待io请求完成的时间。Device中各列含义如下：

Device: 为设备名称

tps: 为每秒进程下发的IO读、写请求数量

Blk_read/s: 为每秒读扇区数量(一扇区为512bytes)

Blk_wrtn/s: 为每秒写扇区数量

Blk_read: 为取样时间间隔内读扇区总数量

Blk_wrtn: 为取样时间间隔内写扇区总数量

我们经常会在iostat后面加上两个数字，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

第一个1表示每隔1秒打印一次，3表示一共打印3次。iostat命令还有一个非常使用的选项-x，它可以显示更多的信息，也是我最常用的一个选项，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

说明：-d选项可以把cpu相关信息过滤掉，只显示磁盘相关信息，以下为各列的含义：

rrqm/s: 每秒对该设备的读请求被合并次数，文件系统会对读取同块(block)的请求进行合并

wrqm/s: 每秒对该设备的写请求被合并次数

r/s: 每秒完成的读次数

w/s: 每秒完成的写次数

rkB/s: 每秒读数据量(kB为单位)

wkB/s: 每秒写数据量(kB为单位)

avgrq-sz:平均每次IO操作的数据量(扇区数为单位)

avgqu-sz: 平均等待处理的IO请求队列长度

await: 平均每次IO请求等待时间(包括等待时间和处理时间，毫秒为单位)

svctm: 平均每次IO请求的处理时间(毫秒为单位)

%util: 采用周期内用于IO操作的时间比率，即IO队列非空的时间比率

对于这些列，我们最应该关注的是最后一列%util，本案例中提到磁盘使用率100%，其实就是%util的值为100%。

知识点二：iotop查看哪个进程磁盘读写最高

iotop命令是一个用来监视磁盘I/O使用状况的top类工具。iotop具有与top相似的UI，其中包括PID、用户、I/O、进程等相关信息。iotop命令就是由iotop包安装得来的，在CentOS下安装iotop的方法是：

# yum install -y iotop

安装完成后直接输入iotop回车，结果显示跟top类似，它是动态实时查看各个进程的磁盘读写情况，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]

对于各列的输出，很容易理解，我们主要看第4和5两列。iotop有几个快捷键，如下：

左右箭头：改变排序方式，默认是按IO排序。

r：改变排序顺序。

o：只显示有IO输出的进程。

p：进程/线程的显示方式的切换。

a：显示累积使用量。

q：退出。

如果在shell脚本中使用iotop命令，需要加上-b选项，即不使用动态显示的模式，当然还需要加另外几个选项，具体用法如下：

# 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

说明：-o跟上面那个快捷键o一个意思，它的作用是只显示有IO的进程。-n2表示需要统计2次，因为第一次不会显示任何进程。

本案例参考脚本

#!/bin/bash
##监控磁盘IO使用率，并找出哪个进程造成磁盘使用率很高
##该脚本需要写一个常驻循环
##作者：阿铭
##日期：2022-11-06


#判断机器上是否安装iostat命令
if ! which iostat &>/dev/null
then
    yum install -y sysstat
    #如果你的机器为ubuntu，请使用这个命令：apt-get install -y sysstat
fi


#判断机器上是否安装iotop命令
if ! which iotop &>/dev/null
then
    yum install -y iotop
    #如果你的机器为ubuntu，请使用这个命令：apt-get install -y iotop
fi
#定义记录日志的目录
logdir=/tmp/iolog
[ -d $logdir ] || mkdir $logdir
#定义日志名字
dt=`date+%F`


#定义获取io的函数（取5次平均值）
get_io()
{    
    iostat -dx 1 5 > $logdir/iostat.log
    sum=0
    #取最后一列的%util值循环遍历然后相加
    for ut in  `grep "^$1" $logdir/iostat.log|awk '{print $NF}'|cut -d. -f1`
    do
        sum=$[$sum+$ut]
    done
    echo $[$sum/5]
}


#这里的true表示条件为真
while true
do
    #获取所有设备，对所有设备名遍历
    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
            #向日志里记录时间、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，继续以上步骤
    done
    sleep 10
done

当然，这个脚本还并不完美，因为一旦发生磁盘IO使用率很高的情况，则会持续一段时间，这样就会频繁地记录日志。其实，根据以前案例二中我们学过的告警收敛的思路，可以把该脚本适当修改。希望你可以动手来写一写，这样才能锻炼你的逻辑思维能力。另外，你也可以把该脚本改为发告警邮件的形式。

审核编辑：汤梓红