Linux設(shè)備IO研究與數(shù)據(jù)庫(kù)性能調(diào)優(yōu)
本篇文章主要是教大家如何在Linux系統(tǒng)里對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)及設(shè)備IO庫(kù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，相信對(duì)于Linux的初學(xué)者來(lái)說(shuō)會(huì)有很大的幫助！
數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是基于文件系統(tǒng)的，其性能和設(shè)備讀寫的機(jī)制有密切的關(guān)系。和數(shù)據(jù)庫(kù)性能密切相關(guān)的文件I/O操作的三個(gè)操作：
open 打開文件
write 寫文件
fdatasync flush操作（將文件緩存刷到磁盤上）。
一、Open操作
open("test.file",O_WRONLY|O_APPDENT|O_SYNC))
系統(tǒng)調(diào)用Open會(huì)為該進(jìn)程一個(gè)文件描述符fd。這里使用了O_WRONLY|O_APPDENT|O_SYNC打開文件:
1. O_WRONLY表示我們以"寫"的方式打開，告訴內(nèi)核我們需要向文件中寫入數(shù)據(jù)；
2. O_APPDENT告訴內(nèi)核以"追加"的方式寫文件；
3. O_DSYNC告訴內(nèi)核，當(dāng)向文件寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候，只有當(dāng)數(shù)據(jù)寫到了磁盤時(shí)，寫入操作才算完成（write才返回成功）。
4. 和O_DSYNC同類的文件標(biāo)志，還有O_SYNC,O_RSYNC，O_DIRECT。
(1) O_SYNC比O_DSYNC更嚴(yán)格，不僅要求數(shù)據(jù)已經(jīng)寫到了磁盤，而且對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件的屬性（例如文件長(zhǎng)度等）也需要更新完成才算write操作成功。可見O_SYNC較之O_DSYNC要多做一些操作。
(2) O_RSYNC表示文件讀取時(shí)，該文件的OS cache必須已經(jīng)全部flush到磁盤了；
(3) 如果使用O_DIRECT打開文件，則讀/寫操作都會(huì)跳過(guò)OS cache，直接在device（disk）上讀/寫。因?yàn)闆](méi)有了OS cache，所以會(huì)O_DIRECT降低文件的順序讀寫的效率。
二、Write操作
write(fd,buf,6)
在使用open打開文件獲得文件描述符之后，我們就可以調(diào)用write函數(shù)來(lái)寫入數(shù)據(jù)了，write會(huì)根據(jù)前面的open參數(shù)不同，而表現(xiàn)不同。
三、Flush階段
fdatasync(fd) == -1
write操作后，我們還調(diào)用了fdatasync來(lái)確保文件數(shù)據(jù)flush到了disk上。fdatasync返回成功后，那么可以認(rèn)為數(shù)據(jù)已經(jīng)寫到了磁盤上。像這樣的flush的函數(shù)還有fsync、sync。
1. Fsync和fdatasync的區(qū)別等同于O_SYNC和O_DSYNC的區(qū)別。
2. Sync函數(shù)表示將文件在OS cache中的數(shù)據(jù)排入寫隊(duì)列，并不確認(rèn)是否真的寫磁盤了，所以sync并不可以靠。
忽略文件打開的過(guò)程，通常我們會(huì)說(shuō)“寫文件”有兩個(gè)階段，一個(gè)是調(diào)用write我們稱為寫數(shù)據(jù)階段（其實(shí)是受open的參數(shù)影響），調(diào)用fsync（或者fdatasync）我們稱為flush階段。Linux上的塊設(shè)備的操作可以分為兩類：
***類是使用C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的fopen/fread/fwrite 系列的函數(shù)，我們可以稱其為 buffered I/O。
具體的I/O path如下：
Application<->Library Buffer<->Operation System Cache<->File System/Volume Manager<->Device
library buffer是標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供的用戶空間的buffer，可以通過(guò)setvbuf改變其大小。
第二類是使用Linux的系統(tǒng)調(diào)用的open/read/write 系列的函數(shù)，我們可以稱其為 non-buffered I/O。
Application<-> Operation System Cache <->File System/Volume Manager<->Device
此外，我們可以通過(guò)設(shè)置open的O_DIRECT 標(biāo)志來(lái)實(shí)現(xiàn)Direct I/O （或者叫Raw I/O ）,即繞過(guò)OS Cache,直接讀取Device ( that's what we want^o^ ), 等于將OS cache換成自己管理的cache。不過(guò)，Linus在郵件列表中建議不這么做，而是使用posix_fadvice, madvice。中表明Direct I/O比buffered I/O的性能高很多。
在MySQL中，參數(shù)Innodb_flush_method(Linux)可以設(shè)定為：Fdatasync、O_DSYNC、O_DIRECT。我們看看這個(gè)三個(gè)參數(shù)是如何影響程序MySQL對(duì)日志和數(shù)據(jù)文件的操作：
| Open log | Flush log | Open datafile | Flush data | |
| Fdatasync | fsync() | fsync() | ||
| O_DSYNC | O_SYNC | fsync() | ||
| O_DIRECT | fsync() | O_DIRECT |
Fsync() |
fdatasync被認(rèn)為是安全的，因?yàn)樵贛ySQL總會(huì)調(diào)用fsync來(lái)flush數(shù)據(jù)。使用O_DSYNC是有些風(fēng)險(xiǎn)的，有些OS會(huì)忽略該參數(shù)O_SYNC 。
我們看到O_DIRECT和fdatasync和很類似，但是它會(huì)使用O_DIRECT 來(lái)打開數(shù)據(jù)文件。有數(shù)據(jù)表明，如果是大量隨機(jī)寫入操作，O_DIRECT 會(huì)提升效率。但是順序?qū)懭牒妥x取效率都會(huì)降低。所以使用O_DIRECT需要謹(jǐn)慎。
mysql innodb 對(duì)應(yīng)相關(guān)參數(shù)：
innodb_flush_method有三個(gè)值，分別是fdatasync，O_DSYNC和O_DIRECT，其中fdatasync是默認(rèn)值。
它們控制了InnoDB刷新日志和數(shù)據(jù)的模式。
fdatasync：InnoDB使用fsync()函數(shù)去更新日志和數(shù)據(jù)文件。
O_DSYNC：InnoDB使用O_SYNC模式打開并更新日志文件，用fsync()函數(shù)去更新數(shù)據(jù)文件。
O_DIRECT：InnoDB使用O_DIRECT模式打開數(shù)據(jù)文件，用fsync()函數(shù)去更新日志和數(shù)據(jù)文件。
我們看到O_DIRECT和fdatasync和很類似，但是它會(huì)使用O_DIRECT 來(lái)打開數(shù)據(jù)文件。有數(shù)據(jù)表明，如果是大量隨機(jī)寫入操作，O_DIRECT 會(huì)提升效率。但是順序?qū)懭牒妥x取效率都會(huì)降低。所以使用O_DIRECT需要謹(jǐn)慎。
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