如何监测Linux进程的实时IO读写情况

Linux Kernel 2.6.20 以上的内核支持进程 IO 统计，可以用类似 iotop 这样的工具来监测每个进程对 IO 操作的情况，就像用 top 来实时查看进程内存、CPU 等占用情况那样。但是对于 2.6.20 以下的 Linux 内核版本就没那么幸运了。笔者写了一个简单的 Python 脚本用来在 linux kernel < 2.6.20 下打印进程 IO 状况。

Kernel < 2.6.20

这个脚本的想法很简单，把 dmesg 的结果重定向到一个文件后再解析出来，每隔1秒钟打印一次进程 IO 读写的统计信息，执行这个脚本需要 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 来实时查看进程 IO 活动状况的话，需要下载和升级新内核（2.6.20 或以上版本）。编译新内核时需要打开 TASK_DELAY_ACCT 和 TASK_IO_ACCOUNTING 选项。解压内核后进入配置界面：

# 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

选择 Kernel hacking –> Collect scheduler debugging info 和 Collect scheduler statistics，保存内核后编译内核：

# make; make modules; make modules_install; make install

修改 grub，确认能正确启动新内核：

# vi /boot/grub/menu.lst

出了新内核外，iotop 还需要 Python 2.5 或以上才能运行，所以如果当前 Python 是 2.4 的话需要下载和安装最新的 Python 包。这里使用源代码编译安装：

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

别忘了下载 setuptools：

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

有网友对以上脚本提出问题，问到 WRITE 为什么会出现是 0 的情况，这是个好问题，笔者在这里好好解释一下。首先看看我们怎么样才能实时监测不同进程的 IO 活动状况。

block_dump

Linux 内核里提供了一个 block_dump 参数用来把 block 读写（WRITE/READ）状况 dump 到日志里，这样可以通过 dmesg 命令来查看，具体操作步骤是：

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

然后就可以通过 dmesg 就可以观察到各个进程 IO 活动的状况了：

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

问题

一位细心的网友提到这样一个问题：为什么会有 WRITE block 0 的情况出现呢？笔者跟踪了一段时间，发现确实有 WRITE 0 的情况出现，比如：

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

答案

原来我们把 WRITE block 0，WRITE block 16, WRITE block 104 这里面包含的数字理解错了，这些数字不是代表写了多少 blocks，是代表写到哪个 block，为了寻找真相，笔者追到 Linux 2.6.18 内核代码里，在 ll_rw_blk.c 里找到了答案：

$ 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);  
}  

很明显从上面代码可以看出 WRITE block 0 on sdb1，这里的 0 是 bio->bi_sector，是写到哪个 sector，不是 WRITE 了多少 blocks 的意思。还有，如果 block 设备被分成多个区的话，这个 bi_sector（sector number）是从这个分区开始计数，比如 block 0 on sdb1 就是 sdb1 分区上的第0个 sector 开始。

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

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