幾種 I/O 類型概念的介紹

AIO

AIO 的全稱為 Asynchronous I/O，即異步 I/O。在 AIO 的工作模式下，應用程序向操作系統發起 I/O 請求（讀 / 寫）以后，不必等 I/O 完成，即可發起新的 I/O 請求。通過這種方法，可以提示提升 I/O 吞吐量和性能。從 AIX5L 起，AIX 支持兩種 AIO：legacy AIO 和 POSIX AIO。AIO 既支持文件系統也支持裸設備。

DIO

AIO 的全稱為 Direct I/O，即直接 I/O。在 DIO 的工作模式下，數據直接從磁盤傳送到應用的緩存，而不經過文件的 buffer cache。DIO 是 JFS 文件系統的一個選項，對于一些應用，如 Oracle 數據庫，它本身有自己的緩存，如果再使用文件系統緩存，反而會造成性能的下降，在這種情況下，使用 DIO 會提升一定的性能。但是，當應用有大量的順序讀 I/O 的時候，使用 DIO 的方式由于缺少讀緩存，會造成一定的性能下降。

CIO

CIO 的全稱為 Concurrent I/O 即并發 I/O。CIO 的工作模式是建立在 DIO 模式基礎之上的。在 JFS2 的環境下，如果應用需要繞過文件系統緩存，經常會使用 CIO 模式來替代 DIO 模式。在 CIO 的工作模式下，數據會從磁盤直接傳遞到應用的緩存。從 AIX 5.2.10 開始，JFS2 支持 CIO 選項。

我們知道，在文件系統中，為了保證數據和文件系統的一致性，需要使用 inode lock。Inode lock 保證一個文件在某一時刻，只有一個寫 I/O，并且為了避免讀到 stale 的數據，寫的時候并發讀也是不被允許的。

而在 CIO 的工作模式下，JFS2 會繞過 inode lock，從而實現多個線程可以同時讀寫一個共享文件。而在這種情況下，數據的一致性就需要應用或數據庫來提供，如 DB2 Pure Scale、Oracle RAC。

AIO、DIO、CIO 的區別

AIO 在 AIX6.1 中默認是打開的，它既支持文件系統，也支持裸設備。而 DIO 和 CIO 是文件系統的一個選項。我們可以在 mount 文件系統的時候，進行設置，執行命令如下 :

#mount -o dio /weixinyu #mount -o cio /weixinyu

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對于已經掛載的文件系統，也可以修改其 I/O 方式 :

# chfs -a options=rw,dio /weixinyu # chfs -a options=rw,aio /weixinyu

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DIO 與 CIO 本質上并不矛盾，均屬于“繞過文件系統緩存”的 I/O 方式。不同的是，在 DIO 的工作模式下，文件系統中的數據一致性是通過 inode lock 來實現的；而 CIO 為了提高文件的并發讀寫性，會繞過 inode lock，讓應用來提供文件一致性鎖。

AIO 對于裸設備的支持與 CIO 對文件系統支持的方式類似，都是通過“FastPath”來實現。前者受內核參數 fastpath 控制，后者受內核參數 fsfastpath 控制。在 AIX6.1 中，這兩個參數默認都是設置為 1。

# ioo -F -a |grep -i path aio_fastpath = 1aio_fsfastpath = 1

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三種 I/O 方式的邏輯關系如下圖：

圖 1.I/O 方式邏輯圖

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AIO 的參數設置與調優

AIO 的兩種支持方式

在上文中我們已經提到過，AIO 既支持文件系統，也支持裸設備。在文件系統模式下，AIO 通過文件系統緩存來實現異步 I/O。在裸設備的模式下，AIO 通過“FastPath”來實現，它的作用是將原始邏輯卷直接傳遞到磁盤層的 AIO 請求。在 AIX6.1 中，這個參數是默認打開，設置為 1。

# ioo -F -a |grep -i path aio_fastpath = 1

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AIO 對文件系統的支持邏輯圖如下（通過 Kproc 即 AIO Server 處理 I/O）。在這種工作模式下，將會由 kproc 進程來控制 I/O 請求，而 kproc 的數量（即 AIO Server 的數量）將會決定系統處理的最多 AIO 請求的數量。

圖 2.AIO 支持邏輯圖

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AIO 對裸設備的支持邏輯圖如下（通過 FastPath 處理 I/O）:

圖 3.AIO 支持邏輯圖

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Fastpath 不需要 AIO Server 來處理 I/O 請求，它可以減少 CPU 上下文切換，降低 CPU 開銷。

AIO 的主要內核參數

在 AIX6.1 中，使用 ioo 命令可以查看與 AIO 相關的內核參數。

# ioo -F -a |grep -i aio aio_maxreqs = 131072 aio_maxservers = 30 aio_minservers = 3

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kproc 的最小值由系統參數 minservers 決定，最大值由系統參數 maxservers 決定。如果異步 I/O 請求的數量很多，就需要將 maxservers 的數值增大。由于 AIX 內核可以自動生成額外的 kproc，因此在大多數情況下，minservers 的數值不需要手動調整。需要注意的是，minservers 和 maxservers 兩個參數只對文件系統有效，對于 AIO 的裸設備模式以及 CIO 的模式是無效的，這兩種 I/O 由 FastPath 來處理，而不是 kproc。

在 AIX6.1 中，aio_maxservers 和 aio_minservers 的默認數值分別為 30 和 3，一般認為這兩個數值是每個 CPU 的 AIO Server 數量設置。

AIX6.1 中的 maxreqs 參數決定 AIO 系統里可以處理最多并發 I/O 請求的數量。這個參數對于 fast path 的 I/O 類型是不起作用的。我們在調整 minservers 和 maxservers 參數時，也需要監控 maxreqs 數值。

在 AIX6.1 中，可以用如下命令查看運行的 AIO Server 的數量：

# pstat -a |grep -c aios |wc -l 1 # ioo -F -a |grep -i aio_minservers aio_minservers = 3

# pstat -a |grep -c kproc |wc -l 1

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從上面結果可以看出，目前系統中的 AIO 請求很少，只有一個 AIO server 在運行。而 AIO server 的數量與 kproc 的數量，是一致的。

在系統中，如果 maxreqs 和 maxservers 設置的太低低，可能會造成數據庫報錯或者宕機，查看 Oracle 的 bdump 文件可以發現如下報錯：

圖 4.Oracle 報錯

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aio_server_inactivity 參數控制的是 AIO Server 的退出時間：即當 AIO server 空閑的時間超過 aio_server_inactivit 設置的數值時，AIO server 將會退出，默認這個數值默認為 300 秒。

一般情況下，運行的 AIO Server 數量不會低于 aio_minservers 參數的設置，在上面的例子中，之所以出現 AIO Server 的數量低于 aio_minservers 參數設置的數值，是因為該系統是一個空閑的系統，沒有任何負載和 AIO 請求。aio_server_inactivity 在 AIX6.1 中一般不需要設置。

aio_active 參數不需要設置，默認為 0。只有當 AIO kernel extensors 被使用時，才會變成 1。

# ioo -a | grep active aio_active = 0 posix_aio_active = 0 # ioo -o aio_active=1 ioo: 1485-114 Static tunable aio_active cannot be changed

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如何判斷 AIO 性能問題

在 AIX 操作系統中，可以通過系統命令查看 AIO 是否存在性能問題 :

# iostat -A 1 3 |grep -v hdisk

圖 5.AIO 性能監控

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在上面的命令中，我采用的監控時間是 1 秒，因此下面幾個數值的描述都是“每秒”。

用紅框標注的幾個數值需要關注：

avgc: 每秒全局非 FastPath AIO 平均請求數量。如果 iostat 命令時間間隔為 3 秒，那么此項描述應為：3 秒內全局非 FastPath AIO 請求的平均數量，下不贅述。

avfc: 每秒裸設備（不包括 CIO FastPath IOs）FastPath AIO 平均請求數量。

maxgc:1 秒內，非 FastPath AIO 達到的最大值。

maxfc: 1 秒內，FastPath AIO 達到的最大值。

maxreqs: 參數設定的系統最大允許的 AIO 請求數量。

在命令的輸出結果中，如果 maxgc 或 maxfc 的數值接近 maxreqs 或 maxservers 的數值，那么就需要增大系統中 maxreqs 或 maxservers 設置。

AIO 內核參數設置的方法

在 AIX6.1 中，可以用 ioo 命令設置相關的參數。例如我們將 AIO Server 最大值設置為 40，最小值設置為 10：

# ioo -p -o aix_maxservers=40 -o aio_minservers=10 ioo: 1485-110 Invalid tunable name aix_maxservers Setting aio_minservers to 10 in nextboot file Setting aio_minservers to 10

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我們將 maxreqs 的數值設置為 666666

# ioo -p -o aio_maxreqs=666666 Setting aio_maxreqs to 666666 in nextboot file Setting aio_maxreqs to 666666

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設置 fast path 參數，1 為打開，設置為 0 則關閉：

# ioo -o aio_fastpath=1 Setting aio_fastpath to 1 Warning: a restricted tunable has been modified # ioo -o aio_fsfastpath=1 Setting aio_fsfastpath to 1 Warning: a restricted tunable has been modified

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一般情況下，對于常見的應用，主要參數建議設置的數值為：

表 1. 參數設置建議值

　默認值OLTPSAP

aio_minservers	3	200	400
aio_maxservers	10	800	1200
maxreqs	4096	16384	16384

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總結

AIO 在 AIX6.1 及 AIX7.1 中已默認開啟，不需要手動開啟。AIO 對于數據庫而言是很重要的，如果參數設置的不對，將會造成性能大幅下降。因此，在規劃數據庫或者進行數據庫調優時，應充分考慮到 I/O 的方式以及相關參數的設置。

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參考資料

學習

• 通過參考 《 AIX 5L Version 6.1 System Management Concepts: Operating System and Devices 》，了解 AIX 的更多信息。
  
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• AIX and UNIX 專區：developerWorks 的“AIX and UNIX 專區”提供了大量與 AIX 系統管理的所有方面相關的信息，您可以利用它們來擴展自己的 UNIX 技能。
  
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• AIX and UNIX 新手入門：訪問“AIX and UNIX 新手入門”頁面可了解更多關于 AIX 和 UNIX 的內容。
  
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• AIX and UNIX 專題匯總：AIX and UNIX 專區已經為您推出了很多的技術專題，為您總結了很多熱門的知識點。我們在后面還會繼續推出很多相關的熱門專題給您，為了方便您的訪問，我們在這里為您把本專區的所有專題進行匯總，讓您更方便的找到您需要的內容。
  
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• AIX and UNIX 下載中心：在這里你可以下載到可以運行在 AIX 或者是 UNIX 系統上的 IBM 服務器軟件以及工具，讓您可以提前免費試用他們的強大功能。
  
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• IBM Systems Magazine for AIX 中文版：本雜志的內容更加關注于趨勢和企業級架構應用方面的內容，同時對于新興的技術、產品、應用方式等也有很深入的探討。IBM Systems Magazine 的內容都是由十分資深的業內人士撰寫的，包括 IBM 的合作伙伴、IBM 的主機工程師以及高級管理人員。所以，從這些內容中，您可以了解到更高層次的應用理念，讓您在選擇和應用 IBM 系統時有一個更好的認識。
  
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關于作者

魏新宇,任職于 IBM Adavanced Technical Skill 團隊,負責 Power 服產器產品的售前技術支持。

轉載于:https://blog.51cto.com/sjhfj/1131623

與50位技術專家面對面20年技術見證，附贈技術全景圖

總結

以上是生活随笔為你收集整理的AIX 6.1 异步 I/O 的 配置与性能评估的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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