如何監測Linux進程的即時IO讀寫情況

Linux Kernel 2.6.20 以上的核心支援進程 IO 統計，可以用類似 iotop 這樣的工具來監測每個進程對 IO 操作的情況，就像用 top 來即時查看進程記憶體、CPU 等佔用情況那樣。但是對於 2.6.20 以下的 Linux 核心版本就沒那麼幸運了。筆者寫了一個簡單的 Python 指令碼用來在 linux kernel < 2.6.20 下列印進程 IO 狀況。

Kernel < 2.6.20

這個指令碼的想法很簡單，把 dmesg 的結果重新導向到一個檔案後再解析出來，每隔1秒鐘列印一次進程 IO 讀寫的統計資訊，執行這個指令碼需要 root：

 

  
#!/usr/bin/python  
  
# Monitoring per-process disk I/O activity  
  
# written by http://www.vpsee.com   
  
 
  
import sys, os, time, signal, re  
  
 
  
class DiskIO:  
  
    def __init__(self, pname=None, pid=None, reads=0, writes=0):  
  
        self.pname = pname  
  
        self.pid = pid  
  
        self.reads = 0 
  
        self.writes = 0 
  
 
  
def main():  
  
    argc = len(sys.argv)  
  
    if argc != 1:  
  
        print "usage: ./iotop" 
  
        sys.exit(0)  
  
 
  
    if os.getuid() != 0:  
  
        print "must be run as root" 
  
        sys.exit(0)  
  
 
  
    signal.signal(signal.SIGINT, signal_handler)  
  
    os.system('echo 1 > /proc/sys/vm/block_dump')  
  
    print "TASK              PID       READ      WRITE" 
  
    while True:  
  
        os.system('dmesg -c > /tmp/diskio.log')  
  
        l = []  
  
        f = open('/tmp/diskio.log', 'r')  
  
        line = f.readline()  
  
        while line:  
  
            m = re.match(\  
  
                '^(\S+)\((\d+)\): (READ|WRITE) block (\d+) on (\S+)', line)  
  
            if m != None:  
  
                if not l:  
  
                    l.append(DiskIO(m.group(1), m.group(2)))  
  
                    line = f.readline()  
  
                    continue 
  
                found = False 
  
                for item in l:  
  
                    if item.pid == m.group(2):  
  
                        found = True 
  
                        if m.group(3) == "READ":  
  
                            item.reads = item.reads + 1 
  
                        elif m.group(3) == "WRITE":  
  
                            item.writes = item.writes + 1 
  
                if not found:  
  
                    l.append(DiskIO(m.group(1), m.group(2)))  
  
            line = f.readline()  
  
        time.sleep(1)  
  
        for item in l:  
  
            print "%-10s %10s %10d %10d" % \  
  
                (item.pname, item.pid, item.reads, item.writes)  
  
 
  
def signal_handler(signal, frame):  
  
    os.system('echo 0 > /proc/sys/vm/block_dump')  
  
    sys.exit(0)  
  
 
  
if __name__=="__main__":  
  
    main()  
  
 
 

Kernel >= 2.6.20

如果想用 iotop 來即時查看進程 IO 活動狀況的話，需要下載和升級新核心2.6.20 或以上版本）。編譯新核心時需要開啟 TASK_DELAY_ACCT 和 TASK_IO_ACCOUNTING 選項。解壓核心後進入配置介面：

# tar jxvf linux-2.6.30.5.tar.bz2# mv linux-2.6.30.5 /usr/src/# cd /usr/src/linux-2.6.30.5# make menuconfig

選擇 Kernel hacking –> Collect scheduler debugging info 和 Collect scheduler statistics，儲存核心後編譯核心：

# make; make modules; make modules_install; make install

修改 grub，確認能正確啟動新核心：

# vi /boot/grub/menu.lst

出了新核心外，iotop 還需要 Python 2.5 或以上才能運行，所以如果當前 Python 是 2.4 的話需要下載和安裝最新的 Python 包。這裡使用原始碼編譯安裝：

# tar jxvf Python-2.6.2.tar.bz2# cd Python-2.6.2# ./configure# make; make install

別忘了下載 setuptools：

# mv setuptools-0.6c9-py2.6.egg.sh setuptools-0.6c9-py2.6.egg# sh setuptools-0.6c9-py2.6.egg

有網友對以上指令碼提出問題，問到 WRITE 為什麼會出現是 0 的情況，這是個好問題，筆者在這裡好好解釋一下。首先看看我們怎麼樣才能即時監測不同進程的 IO 活動狀況。

block_dump

Linux 核心裡提供了一個 block_dump 參數用來把 block 讀寫WRITE/READ）狀況 dump 到日誌裡，這樣可以通過 dmesg 命令來查看，具體操作步驟是：

# sysctl vm.block_dump=1or# echo 1 > /proc/sys/vm/block_dump

然後就可以通過 dmesg 就可以觀察到各個進程 IO 活動的狀況了：

# dmesg -ckjournald(542): WRITE block 222528 on dm-0kjournald(542): WRITE block 222552 on dm-0bash(18498): dirtied inode 5892488 (ld-linux-x86-64.so.2) on dm-0bash(18498): dirtied inode 5892482 (ld-2.5.so) on dm-0dmesg(18498): dirtied inode 11262038 (ld.so.cache) on dm-0dmesg(18498): dirtied inode 5892496 (libc.so.6) on dm-0dmesg(18498): dirtied inode 5892489 (libc-2.5.so) on dm-0

問題

一位細心的網友提到這樣一個問題：為什麼會有 WRITE block 0 的情況出現呢？筆者跟蹤了一段時間，發現確實有 WRITE 0 的情況出現，比如：

# dmesg -c...pdflush(23123): WRITE block 0 on sdb1pdflush(23123): WRITE block 16 on sdb1pdflush(23123): WRITE block 104 on sdb1pdflush(23123): WRITE block 40884480 on sdb1...

答案

原來我們把 WRITE block 0，WRITE block 16, WRITE block 104 這裡麵包含的數字理解錯了，這些數字不是代表寫了多少 blocks，是代表寫到哪個 block，為了尋找真相，筆者追到 Linux 2.6.18 核心代碼裡，在 ll_rw_blk.c 裡找到了答案：

$ vi linux-2.6.18/block/ll_rw_blk.c

 

  
void submit_bio(int rw, struct bio *bio)  
  
{  
  
        int count = bio_sectors(bio);  
  
 
  
        BIO_BUG_ON(!bio->bi_size);  
  
        BIO_BUG_ON(!bio->bi_io_vec);  
  
        bio->bi_rw |= rw;  
  
        if (rw & WRITE)  
  
                count_vm_events(PGPGOUT, count);  
  
        else 
  
                count_vm_events(PGPGIN, count);  
  
 
  
        if (unlikely(block_dump)) {  
  
                char b[BDEVNAME_SIZE];  
  
                printk(KERN_DEBUG "%s(%d): %s block %Lu on %s\n",  
  
                        current->comm, current->pid,  
  
                        (rw & WRITE) ? "WRITE" : "READ",  
  
                        (unsigned long long)bio->bi_sector,  
  
                        bdevname(bio->bi_bdev,b));  
  
        }  
  
 
  
        generic_make_request(bio);  
  
}  
 

很明顯從上面代碼可以看出 WRITE block 0 on sdb1，這裡的 0 是 bio->bi_sector，是寫到哪個 sector，不是 WRITE 了多少 blocks 的意思。還有，如果 block 裝置被分成多個區的話，這個 bi_sectorsector number）是從這個分區開始計數，比如 block 0 on sdb1 就是 sdb1 分區上的第0個 sector 開始。

原文地址：http://www.vpsee.com/2010/07/monitoring-process-io-activity-on-linux-with-block_dump/