ubuntu如何优化磁盘I/O

Ubuntu 磁盘 I/O 优化实操指南

一 基线评估与监控

• 安装监控工具：sudo apt-get install -y sysstat iotop；使用 iostat 观察设备负载与延迟：iostat -d -x 10 3，关注：r/s、w/s（IOPS）、await（平均等待时间，ms）、avgqu-sz（平均队列长度）、%util（设备利用率，持续高于**70%**通常意味着瓶颈）。用 iotop 定位高 I/O 进程。用 sar -p -d 10 3 查看历史与分区级统计。用 top/htop 观察 CPU 的 %wa（I/O 等待）是否偏高。以上指标用于判断优化是否有效。

二 虚拟机与存储栈优化

• 使用半虚拟化驱动与合适的缓存策略：在 KVM/QEMU 中优先选择 virtio-blk 作为磁盘控制器，并在支持的后端将磁盘缓存模式设为 writeback（权衡：提升吞吐与降低提交延迟，需确保上层有可靠的数据保护策略）。
• 选择恰当的 I/O 调度器：SSD/NVMe 推荐 none/noop 或 mq-deadline；HDD 推荐 mq-deadline。查看与设置示例：
  • 查看：cat /sys/block/nvme0n1/queue/scheduler
  • 临时设置：echo none > /sys/block/nvme0n1/queue/scheduler
  • 永久设置（udev，Ubuntu 推荐）：创建 /etc/udev/rules.d/60-ioscheduler.rules ACTION==“add|change”, KERNEL==“nvme[0-9]n[0-9]”, ATTR{ queue/rotational} ==“0”, ATTR{ queue/scheduler} =“none” ACTION==“add|change”, KERNEL==“sd[a-z]”, ATTR{ queue/rotational} ==“1”, ATTR{ queue/scheduler} =“mq-deadline” 执行：udevadm control --reload-rules & & udevadm trigger
• 文件系统挂载参数：对通用场景建议 noatime,nodiratime（减少元数据写入）；对 SSD 建议启用 discard（TRIM，现代内核已能自动管理，若设备/后端支持再显式开启）；仅在确保有电池/超级电容保护或一致性要求不高时，才考虑 barrier=0（关闭屏障会提升性能但降低断电一致性保障）。

三 文件系统与卷布局优化

• 文件系统选择：通用场景 ext4 或 XFS 均可；大文件、高并发与扩展需求强的场景更偏向 XFS。
• LVM 条带化提升并发：创建 LV 时指定条带数与条带大小，例如：lvcreate -i 2 -I 64 -L 10G vg0 lv_stripe（条带化能显著提升顺序与部分随机 I/O 的吞吐）。
• 扩容与变更流程：扩容前做好快照/备份；LVM 扩容后，XFS 执行 xfs_growfs < 挂载点> ，ext4 执行 resize2fs < LV 设备> ；变更前后用 df -h、df -i 校验空间与 inode 使用率。

四 内存与缓存策略

• 合理利用内存降低磁盘压力：启用 ZRAM（Ubuntu 可用 zram-config）作为压缩内存交换，减少磁盘 swap 抖动；根据负载将 vm.swappiness 调整到 10–30（默认值 60），在内存紧张与 I/O 敏感场景尤为有效。示例：sudo sysctl -w vm.swappiness=20；持久化到 /etc/sysctl.conf。
• 将热数据放入内存盘：对 /tmp、构建缓存等可放内存的路径挂载 tmpfs，示例：mount -t tmpfs -o size=40G tmpfs /mnt/tmp（开机可在 /etc/fstab 加入 tmpfs /mnt/tmp tmpfs size=40G 0 0）。注意容量规划，避免挤占页面缓存。

五 基准测试与验证

• 顺序与缓存友好测试：hdparm -tT /dev/sdX（评估顺序读与缓存吞吐）。
• 可重复的综合基准：使用 fio 验证不同块大小、队列深度与并发下的 IOPS/延迟，例如（随机读写，4KB，10 并发，运行 60 秒）： fio --name=randrw --filename=/vdb_data/test_randrw --bs=4k --size=10G --readwrite=randrw --runtime=60 --time_based --direct=1 --ioengine=libaio --iodepth=32 --numjobs=10 --group_reporting 测试前后对比 iostat 的 await、avgqu-sz、%util 等关键指标，确认优化收益与稳定性。

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