磁盘I/O性能优化的几个思路( 三 ) _磁盘

相比于 ext4，xfs 支持更大的磁盘分区和更大的文件数量，如 xfs 支持大于 16TB 的磁盘。但是 xfs 文件系统的缺点在于无法收缩，而 ext4 则可以。
第二，在选好文件系统后，还可以进一步优化文件系统的配置选项，包括文件系统的特性（如 ext_attr、dir_index）、日志模式（如 journal、ordered、writeback）、挂载选项（如 noatime）等等。
比如，使用 tune2fs 这个工具，可以调整文件系统的特性（tune2fs 也常用来查看文件系统超级块的内容）。而通过 /etc/fstab，或者 mount 命令行参数，我们可以调整文件系统的日志模式和挂载选项等。
第三，可以优化文件系统的缓存。
比如，你可以优化 pdflush 脏页的刷新频率（比如设置 dirty_expire_centisecs 和dirty_writeback_centisecs）以及脏页的限额（比如调整 dirty_background_ratio 和dirty_ratio 等）。
再如，你还可以优化内核回收目录项缓存和索引节点缓存的倾向，即调整vfs_cache_pressure（/proc/sys/vm/vfs_cache_pressure，默认值 100），数值越大，就表示越容易回收。
最后，在不需要持久化时，你还可以用内存文件系统tmpfs，以获得更好的 I/O 性能。tmpfs 把数据直接保存在内存中，而不是磁盘中。比如 /dev/shm/，就是大多数 Linux 默认配置的一个内存文件系统，它的大小默认为总内存的一半。
磁盘优化数据的持久化存储，最终还是要落到具体的物理磁盘中，同时，磁盘也是整个 I/O 栈的最底层。从磁盘角度出发，自然也有很多有效的性能优化方法。
第一，最简单有效的优化方法，就是换用性能更好的磁盘，比如用 SSD 替代 HDD 。
第二，我们可以使用 RAID，把多块磁盘组合成一个逻辑磁盘，构成冗余独立磁盘阵列。这样做既可以提高数据的可靠性，又可以提升数据的访问性能。
第三，针对磁盘和应用程序 I/O 模式的特征，我们可以选择最适合的 I/O 调度算法。比方说，SSD 和虚拟机中的磁盘，通常用的是 noop 调度算法。而数据库应用，我更推荐使用deadline 算法。
第四，我们可以对应用程序的数据，进行磁盘级别的隔离。比如，我们可以为日志、数据库等 I/O 压力比较重的应用，配置单独的磁盘。
第五，在顺序读比较多的场景中，我们可以增大磁盘的预读数据，比如，你可以通过下面两种方法，调整 /dev/sdb 的预读大小。

调整内核选项 /sys/block/sdb/queue/read_ahead_kb，默认大小是 128 KB，单位为KB 。使用 blockdev 工具设置，比如 blockdev --setra 8192 /dev/sdb，注意这里的单位是512B（0.5KB），所以它的数值总是 read_ahead_kb 的两倍。

第六，我们可以优化内核块设备 I/O 的选项。比如，可以调整磁盘队列的长度/sys/block/sdb/queue/nr_requests，适当增大队列长度，可以提升磁盘的吞吐量（当然也会导致 I/O 延迟增大）。
最后，要注意，磁盘本身出现硬件错误，也会导致 I/O 性能急剧下降，所以发现磁盘性能急剧下降时，你还需要确认，磁盘本身是不是出现了硬件错误。
比如，你可以查看 dmesg 中是否有硬件 I/O 故障的日志。还可以使用 badblocks、smartctl 等工具，检测磁盘的硬件问题，或用 e2fsck 等来检测文件系统的错误。如果发现问题，你可以使用 fsck 等工具来修复。
总结本文，我们一起梳理了常见的文件系统和磁盘 I/O 的性能优化思路和方法。发现 I/O 性能问题后，不要急于动手优化，而要先找出最重要的、可以最大程度提升性能的问题，然后再从 I/O 栈的不同层入手，考虑具体的优化方法。
记住，磁盘和文件系统的 I/O，通常是整个系统中最慢的一个模块。所以，在优化 I/O 问题时，除了可以优化 I/O 的执行流程，还可以借助更快的内存、网络、CPU 等，减少 I/O调用。
比如，你可以充分利用系统提供的 Buffer、Cache，或是应用程序内部缓存，再或者Redis 这类的外部缓存系统。

【磁盘I/O性能优化的几个思路】