iostat命令详解

iostat（I/O Statistics）是Linux系统中用于监控磁盘I/O活动和CPU使用情况的重要工具，属于sysstat软件包，是系统性能监控的核心工具之一。

安装和基本信息

# 在CentOS/RHEL系统安装
yum install sysstat

# 在Ubuntu/Debian系统安装
apt install sysstat

# 检查版本
iostat -V

基本语法

iostat [选项] [间隔时间] [次数]

主要选项

基本选项

• -c - 只显示CPU使用情况
• -d - 只显示磁盘使用情况
• -k - 以KB为单位显示
• -m - 以MB为单位显示
• -h - 人类可读格式显示

扩展选项

• -x - 显示扩展统计信息
• -t - 显示时间戳
• -N - 显示磁盘阵列(LVM)信息
• -n - 显示NFS使用情况
• -p [设备] - 显示块设备和分区的情况
• -j ID - 显示持久设备名称

输出控制

• -g - 以组形式显示
• -z - 忽略不活跃的设备
• -y - 跳过第一次报告（显示自启动以来的统计）

基本使用示例

CPU和磁盘概览

# 显示CPU和磁盘使用情况
iostat

# 每2秒更新一次，共5次
iostat 2 5

# 只显示CPU信息
iostat -c

# 只显示磁盘信息
iostat -d

# 以人类可读格式显示
iostat -h

扩展磁盘信息

# 显示扩展磁盘统计信息（最常用）
iostat -x

# 显示扩展信息，每3秒更新
iostat -x 3

# 显示扩展信息，以MB为单位
iostat -x -m

# 显示时间戳
iostat -x -t

输出字段详解

CPU报告字段

$ iostat -c
avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           2.50    0.00    1.25    0.75    0.00   95.50

• %user - 用户态CPU使用率
• %nice - nice值为负的进程CPU使用率
• %system - 系统态CPU使用率
• %iowait - CPU等待I/O操作的时间百分比
• %steal - 虚拟机被偷取的CPU时间
• %idle - CPU空闲时间百分比

基本磁盘报告字段

$ iostat -d
Device             tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
sda              15.25       125.50        89.25    1255000     892500

• Device - 设备名称
• tps - 每秒传输次数（IOPS）
• kB_read/s - 每秒读取的KB数
• kB_wrtn/s - 每秒写入的KB数
• kB_read - 读取的总KB数
• kB_wrtn - 写入的总KB数

扩展磁盘报告字段

$ iostat -x
Device    r/s   w/s   rkB/s   wkB/s rrqm/s wrqm/s  %rrqm  %wrqm r_await w_await aqu-sz rareq-sz wareq-sz  svctm  %util
sda      5.25  3.75   125.5    89.2   0.25   1.50   4.55  28.57    2.50    4.25   0.05    23.90    23.79   1.85   1.75

I/O操作统计

• r/s - 每秒读请求数
• w/s - 每秒写请求数
• rkB/s - 每秒读取KB数
• wkB/s - 每秒写入KB数

请求合并统计

• rrqm/s - 每秒合并的读请求数
• wrqm/s - 每秒合并的写请求数
• %rrqm - 读请求合并百分比
• %wrqm - 写请求合并百分比

延迟和队列统计

• r_await - 读操作平均等待时间(ms)
• w_await - 写操作平均等待时间(ms)
• aqu-sz - 平均队列长度
• rareq-sz - 平均读请求大小(KB)
• wareq-sz - 平均写请求大小(KB)

性能指标

• svctm - 平均服务时间(ms)
• %util - 设备利用率百分比

实际应用场景

系统性能监控

# 实时监控系统I/O性能
iostat -x -t 1

# 监控特定设备
iostat -x -d sda 2

# 监控所有分区
iostat -x -p sda

# 以MB为单位监控
iostat -x -m 3 10

I/O瓶颈分析

#!/bin/bash
# io_analysis.sh - I/O性能分析脚本

echo "I/O性能分析报告"
echo "================"

# 显示当前I/O状态
iostat -x 1 3 | awk '
BEGIN {
    print "设备性能分析:"
    print "设备名\t利用率\t平均等待\tIOPS\t状态"
    print "--------------------------------------------"
}
/^[a-z]/ {
    device = $1
    util = $NF
    await = $(NF-4)
    iops = $4 + $5

    status = "正常"
    if (util > 80) status = "高负载"
    if (await > 20) status = "延迟高"
    if (util > 90) status = "严重拥塞"

    printf "%s\t%.1f%%\t\t%.2fms\t\t%.1f\t%s\n", device, util, await, iops, status
}'

echo -e "\n性能建议:"
iostat -x 1 1 | awk '
/^[a-z]/ {
    if ($NF > 80) {
        print "- 设备 " $1 " 利用率过高(" $NF "%)，考虑负载均衡"
    }
    if ($(NF-4) > 20) {
        print "- 设备 " $1 " 响应时间过长(" $(NF-4) "ms)，检查磁盘健康"
    }
}'

磁盘性能基准测试

#!/bin/bash
# disk_benchmark.sh - 磁盘性能基准

DEVICE=${1:-"sda"}
DURATION=60

echo "开始磁盘性能基准测试: $DEVICE"
echo "测试时长: ${DURATION}秒"
echo "================================="

# 记录测试开始前的状态
iostat -x $DEVICE 1 1 > /tmp/iostat_before.txt

echo "执行I/O压力测试..."
# 这里可以运行fio或dd等I/O测试工具
# fio --name=test --rw=randrw --bs=4k --numjobs=4 --size=1G --runtime=60

# 监控测试过程
iostat -x $DEVICE 1 $DURATION | awk '
BEGIN {
    max_util = 0
    max_iops = 0
    max_await = 0
    count = 0
}
/^'$DEVICE'/ {
    count++
    util = $NF
    iops = $4 + $5
    await = $(NF-4)

    if (util > max_util) max_util = util
    if (iops > max_iops) max_iops = iops
    if (await > max_await) max_await = await

    total_util += util
    total_iops += iops
    total_await += await
}
END {
    if (count > 0) {
        print "\n测试结果汇总:"
        print "=============="
        printf "平均利用率: %.1f%%\n", total_util/count
        printf "平均IOPS: %.1f\n", total_iops/count
        printf "平均响应时间: %.2fms\n", total_await/count
        printf "峰值利用率: %.1f%%\n", max_util
        printf "峰值IOPS: %.1f\n", max_iops
        printf "最大响应时间: %.2fms\n", max_await
    }
}'

存储设备健康监控

#!/bin/bash
# storage_health_monitor.sh

LOG_FILE="/var/log/iostat_monitor.log"
THRESHOLD_UTIL=85
THRESHOLD_AWAIT=30

monitor_storage() {
    local timestamp=$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')

    iostat -x 1 1 | while read line; do
        if [[ $line =~ ^[a-z] ]]; then
            read -r device tps rd_sec_s wr_sec_s avgrq_sz avgqu_sz await svctm util <<< "$line"

            # 检查设备利用率
            if (( $(echo "$util > $THRESHOLD_UTIL" | bc -l) )); then
                echo "[$timestamp] 警告: 设备 $device 利用率过高 (${util}%)" | tee -a $LOG_FILE
            fi

            # 检查响应时间
            if (( $(echo "$await > $THRESHOLD_AWAIT" | bc -l) )); then
                echo "[$timestamp] 警告: 设备 $device 响应时间过长 (${await}ms)" | tee -a $LOG_FILE
            fi

            # 记录性能数据
            echo "[$timestamp] $device: 利用率=${util}%, 响应时间=${await}ms, IOPS=${tps}" >> $LOG_FILE
        fi
    done
}

# 持续监控
while true; do
    monitor_storage
    sleep 60
done

高级监控技巧

特定设备监控

# 监控特定磁盘和分区
iostat -x -p sda

# 监控RAID设备
iostat -x -N

# 监控NFS
iostat -n

# 监控特定分区的详细信息
iostat -x -p sda1 2 10

性能趋势分析

#!/bin/bash
# io_trend_analysis.sh

DEVICE="sda"
SAMPLES=100
INTERVAL=5

echo "I/O性能趋势分析: $DEVICE"
echo "采样间隔: ${INTERVAL}秒, 样本数: $SAMPLES"

iostat -x $DEVICE $INTERVAL $SAMPLES | awk '
BEGIN {
    count = 0
    sum_util = 0
    sum_await = 0
    sum_iops = 0
    print "时间\t\t利用率\t响应时间\tIOPS\t\t趋势"
    print "--------------------------------------------------------"
}
/^'$DEVICE'/ {
    count++
    util = $NF
    await = $(NF-4)
    iops = $4 + $5

    sum_util += util
    sum_await += await
    sum_iops += iops

    # 计算趋势
    if (count > 1) {
        util_trend = (util > prev_util) ? "↑" : (util < prev_util) ? "↓" : "→"
        await_trend = (await > prev_await) ? "↑" : (await < prev_await) ? "↓" : "→"
    } else {
        util_trend = await_trend = "-"
    }

    printf "%s\t%.1f%% %s\t%.2fms %s\t%.1f\n", 
           strftime("%H:%M:%S"), util, util_trend, await, await_trend, iops

    prev_util = util
    prev_await = await

    # 每10个样本显示平均值
    if (count % 10 == 0) {
        printf "-- 最近10个样本平均: 利用率=%.1f%%, 响应时间=%.2fms, IOPS=%.1f --\n",
               sum_util/10, sum_await/10, sum_iops/10
        sum_util = sum_await = sum_iops = 0
    }
}
'

多设备对比监控

#!/bin/bash
# multi_device_compare.sh

echo "多设备I/O性能对比"
echo "=================="

iostat -x 1 1 | awk '
BEGIN {
    printf "%-10s %8s %10s %10s %8s\n", "设备", "利用率", "IOPS", "响应时间", "状态"
    print "---------------------------------------------------"
}
/^[a-z]/ {
    device = $1
    util = $NF
    iops = $4 + $5
    await = $(NF-4)

    # 性能评级
    if (util > 90) status = "拥塞"
    else if (util > 70) status = "繁忙"
    else if (util > 30) status = "活跃"
    else status = "空闲"

    printf "%-10s %7.1f%% %9.1f %9.2fms %8s\n", device, util, iops, await, status
}
END {
    print "---------------------------------------------------"
    print "性能等级: 空闲(<30%) < 活跃(30-70%) < 繁忙(70-90%) < 拥塞(>90%)"
}'

性能调优指导

基于iostat的调优建议

# 分析并给出调优建议
analyze_io_performance() {
    iostat -x 1 3 | awk '
    /^[a-z]/ {
        device = $1
        util = $NF
        await = $(NF-4)
        iops = $4 + $5
        rrqm = $6
        wrqm = $7

        print "设备: " device
        print "利用率: " util "%"
        print "IOPS: " iops
        print "响应时间: " await "ms"

        # 调优建议
        if (util > 85) {
            print "建议: 利用率过高，考虑以下优化:"
            print "  - 增加更多磁盘做RAID"
            print "  - 使用SSD替换HDD"
            print "  - 优化应用I/O模式"
        }

        if (await > 20) {
            print "建议: 响应时间过长，可能原因:"
            print "  - 磁盘老化或故障"
            print "  - 磁盘碎片严重"
            print "  - I/O队列过长"
        }

        if (rrqm + wrqm < 5) {
            print "建议: I/O合并率低，考虑:"
            print "  - 调整应用I/O大小"
            print "  - 优化文件系统配置"
        }

        print "---"
    }'
}

注意事项和最佳实践

1. 第一次输出: 第一次输出显示系统启动以来的累计统计，建议跳过
2. 监控频率: 生产环境建议1-5秒间隔，避免过于频繁影响性能
3. 关键指标: 重点关注%util、await、IOPS这三个指标
4. 告警阈值:
   • %util > 80% 需要关注
   • await > 20ms 可能有问题
   • %util > 90% 表示设备饱和

相关命令

• iotop - 实时I/O监控
• dstat - 系统资源统计
• vmstat - 虚拟内存统计
• sar - 系统活动报告
• lsblk - 列出块设备

iostat是Linux系统I/O性能监控的核心工具，掌握其用法对于系统性能优化和故障排查至关重要。