一文講解系統(tǒng)性能分析之｜iowait是什么？
我們對系統(tǒng)性能進行優(yōu)化時，一般會使用?top?命令來查看系統(tǒng)負載和系統(tǒng)中各個進程的運行情況，從而找出影響系統(tǒng)性能的因素。如下圖所示：
top?命令會輸出很多系統(tǒng)相關的信息，如：系統(tǒng)負載、系統(tǒng)中的進程數(shù)、CPU使用率和內存使用率等，這些信息對排查系統(tǒng)性能問題起著至關重要的作用。
本文主要介紹?top?命令中的?iowait?指標（如上圖中紅色方框所示）的含義和作用。
什么是iowait
什么是?iowait？我們來看看 Linux 的解釋：
Show the percentage of time that the CPU or CPUs were idle during which the system had an outstanding disk I/O request.
中文翻譯的意思就是：CPU 在等待磁盤 I/O 請求完成時，處于空閑狀態(tài)的時間百分比（此時正在運行著?idle?進程）。
可以看出，如果系統(tǒng)處于?iowait?狀態(tài)，那么必須滿足以下兩個條件：
系統(tǒng)中存在等待 I/O 請求完成的進程。
系統(tǒng)當前正處于空閑狀態(tài)，也就是說沒有可運行的進程。
iowait統(tǒng)計原理
既然我們知道了?iowait?的含義，那么接下來看看 Linux 是怎么統(tǒng)計?iowait?的比率的。
Linux 會把?iowait?占用的時間輸出到?/proc/stat?文件中，我們可以通過一下命令來獲取到?iowait?占用的時間：
命令輸出如下圖所示：
紅色方框中的數(shù)據(jù)就是?iowait?占用的時間。
我們可以每隔一段時間讀取一次?/proc/stat?文件，然后把兩次獲取到的?iowait?時間進行相減，得到的結果是這段時間內，CPU處于?iowait?狀態(tài)的時間。接著再將其除以總時間，得到?iowait?占用總時間的比率。
現(xiàn)在我們來看看?/proc/stat?文件是怎樣獲取?iowait?的時間的。
在內核中，每個 CPU 都有一個?cpu_usage_stat?結構，主要用于統(tǒng)計 CPU 一些信息，其定義如下：
cpu_usage_stat?結構的?iowait?字段記錄了 CPU 處于?iowait?狀態(tài)的時間。
所以要獲取系統(tǒng)處于?iowait?狀態(tài)的總時間，只需要將所有 CPU 的?iowait?時間相加即可，代碼如下（位于源文件?fs/proc/stat.c）：
show_stat()?函數(shù)首先會遍歷所有 CPU，然后讀取其?iowait?時間，并且將它們相加。
增加iowait時間
從上面的分析可知，每個 CPU 都有一個用于統(tǒng)計?iowait?時間的計數(shù)器，那么什么時候會增加這個計數(shù)器呢？
答案是：系統(tǒng)時鐘中斷。
在?系統(tǒng)時鐘中斷?中，會調用?account_process_tick()?函數(shù)來更新 CPU 的時間，代碼如下：
我們主要關注當前進程是?idle?進程的情況，這是內核會調用?account_idle_time()?函數(shù)進行處理，其代碼如下：
account_idle_time()?函數(shù)的邏輯比較簡單，主要分以下兩種情況進行處理：
如果當前有進程在等待 I/O 請求的話，那么增加?
iowait?的時間。如果當前沒有進程在等待 I/O 請求的話，那么增加?
idle?的時間。
所以，從上面的分析可知，要增加?iowait?的時間需要滿足以下兩個條件：
當前進程是?
idle?進程，也就是說 CPU 處于空閑狀態(tài)。有進程在等待 I/O 請求完成。
進一步說，當 CPU 處于?iowait?狀態(tài)時，說明 CPU 處于空閑狀態(tài)，并且系統(tǒng)中有進程因為等待 I/O 請求而阻塞，也說明了 CPU 的利用率不夠充分。
這時，我們可以使用異步 I/O（如?iouring）來優(yōu)化程序，使得進程不會被 I/O 請求阻塞。
原文作者：Linux內核那些事
