本文主要分析了Linux的iostat命令的源码,iostat的主要功能见博客:性能测试进阶指南——基础篇之磁盘IO

iostat源码共563行,应该算是Linux系统命令代码比较少的了。源代码中主要涉及到如下几个Linux的内核文件:

  • 1、/proc/diskstats——该文件是内核2.6以上的系统中的,记录了从Linux系统启动之后,所有磁盘的相关信息,该文件中每个参数代表的意义可以自行google或者baidu,或者见博客:/proc/diskstats参数含义
  • 2、/proc/partitions——partitions是2.4版本的系统中的,其含义基本与diskstats一样。
  • 3、/proc/stat——stat记录了自系统启动之后,CPU的信息,具体含义可以参考博客:性能测试进阶指南——基础篇一(系统资源的讲解)
  • 4、/proc/cpuinfo——iostat主要是从该内核文件中获取cpu的核心数的。

iostat源码解析

第一步,从/proc/cpuinfo中获取系统的cpu核心数,通过计算该文件中processor出现的次数便可以得到cpu的核心数;

第二步,通过判断文件/proc/diskstats和/proc/partitions是否存在,从而判断linux的内核是2.4版本还是2.6版本:如果/proc/diskstats文件存在,则为2.6版本;否则判断/proc/partitions是否存在,若存在,则为2.4版本;

第三部,分析iostat命令输入的参数,每个参数的功能可以在上一篇博客中找到:性能测试进阶指南——基础篇之磁盘IO

第四步,初始化,获取磁盘名称。以内核2.6为例,读取文件/proc/diskstats

104    0 cciss/c0d0 49787 19805 1597284 159946 20172754 28596938 390157514 1583532 0 1352168 1737502

第一个参数104和第二个参数0分别代表了major和minor,major是8的倍数,minor是16的倍数,只要同时符合这两个的条件,其对应的第三个参数cciss/c0d0便是所需要获取的磁盘名称;

第五步,进入主循环:

(1) 获取/proc/diskstats中每个磁盘的数据,例如:

104    0 cciss/c0d0 49787 19805 1597284 159946 20172754 28596938 390157514 1583532 0 1352168 1737502

每个参数对应的值为

104——major
0——minor
49787——rd_ios
19805——rd_merges
1597284——rd_sectors
159946——rd_ticks
20172754——wr_ios
28596938——wr_merges
390157514——wr_sectors
1583532——wr_ticks
1352168——ticks
1737502——aveq

(2) 获取/proc/stat中的数据,计算cpu的平均时间:分别获取cpu的user时间,nice时间,system时间,idle时间,iowait时间。计算中将nice时间并入user时间,将irq时间和softirq时间并入system时间。此处只计算cpu的平均和状态,不计算每隔核单独的状态。

(3)计算deltams时间,其中HZ是Linux的系统频率。

deltams = 1000.0 * ((new_cpu.user + new_cpu.system + new_cpu.idle + new_cpu.iowait) - (old_cpu.user + old_cpu.system + old_cpu.idle + old_cpu.iowait)) / ncpu / HZ; `

(4)计算IO

blkio.rd_ios = new_blkio[p].rd_ios - old_blkio[p].rd_ios;
blkio.rd_merges = new_blkio[p].rd_merges - old_blkio[p].rd_merges;
blkio.rd_sectors = new_blkio[p].rd_sectors - old_blkio[p].rd_sectors;
blkio.rd_ticks = new_blkio[p].rd_ticks - old_blkio[p].rd_ticks;
blkio.wr_ios = new_blkio[p].wr_ios - old_blkio[p].wr_ios;
blkio.wr_merges = new_blkio[p].wr_merges - old_blkio[p].wr_merges;
blkio.wr_sectors = new_blkio[p].wr_sectors - old_blkio[p].wr_sectors;
blkio.wr_ticks = new_blkio[p].wr_ticks - old_blkio[p].wr_ticks;
blkio.ticks = new_blkio[p].ticks - old_blkio[p].ticks;
blkio.aveq = new_blkio[p].aveq - old_blkio[p].aveq;
n_ios  = blkio.rd_ios + blkio.wr_ios;
n_ticks = blkio.rd_ticks + blkio.wr_ticks;
n_kbytes = (blkio.rd_sectors + blkio.wr_sectors) / 2.0;
queue = blkio.aveq / deltams;
size = n_ios ? n_kbytes / n_ios : 0.0;
wait = n_ios ? n_ticks / n_ios : 0.0;
svc_t = n_ios ? blkio.ticks / n_ios : 0.0;
busy = 100.0 * blkio.ticks / deltams;
if (busy > 100.0) busy = 100.0;

rd_sectors和wr_sectors是扇区数,如果需要换算成KB等单位,需要除以2,1KB=2*512Bytes。512Bytes为1个扇区数。

(5)计算CPU

cpu.user = new_cpu.user - old_cpu.user;
cpu.system = new_cpu.system - old_cpu.system;
cpu.idle = new_cpu.idle - old_cpu.idle;
cpu.iowait = new_cpu.iowait - old_cpu.iowait;
total = (cpu.user + cpu.system + cpu.idle + cpu.iowait) / 100.0;
printf("%3.0f %3.0f ", cpu.user / total, cpu.system / total);
if (kernel == 6) printf("%3.0f ", cpu.iowait / total);
printf("%3.0f", cpu.idle / total);

(6) Save old stats:

old_blkio[p] = new_blkio[p];
old_cpu = new_cpu;

每隔采样时间循环执行第五步。

从源码中可以看出,第一次获取的时候,是没有old stats的,所有的old stats值均为0,即iostat在第一次输出的值为Linux启动之后至当前时间的一个平均状态值,在之后的输出值则为系统当前的实时磁盘I/O信息和CPU信息。

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