AIX几种IO类型概念的介绍

几种 I/O类型概念的介绍

AIO

AIO 的全称为 Asynchronous I/O，即异步 I/O。在 AIO 的工作模式下，应用程序向操作系统发起 I/O 请求（读 / 写）以后，不必等 I/O 完成，即可发起新的 I/O 请求。通过这种方法，可以提示提升 I/O 吞吐量和性能。从 AIX5L 起，AIX 支持两种 AIO：legacy AIO 和 POSIX AIO。AIO 既支持文件系统也支持裸设备。

DIO

AIO 的全称为 Direct I/O，即直接 I/O。在 DIO 的工作模式下，数据直接从磁盘传送到应用的缓存，而不经过文件的 buffer cache。DIO 是 JFS 文件系统的一个选项，对于一些应用，如 Oracle 数据库，它本身有自己的缓存，如果再使用文件系统缓存，反而会造成性能的下降，在这种情况下，使用 DIO 会提升一定的性能。但是，当应用有大量的顺序读 I/O 的时候，使用 DIO 的方式由于缺少读缓存，会造成一定的性能下降。

CIO

CIO 的全称为 Concurrent I/O 即并发 I/O。CIO 的工作模式是建立在 DIO 模式基础之上的。在 JFS2 的环境下，如果应用需要绕过文件系统缓存，经常会使用 CIO 模式来替代 DIO 模式。在 CIO 的工作模式下，数据会从磁盘直接传递到应用的缓存。从 AIX 5.2.10 开始，JFS2 支持 CIO 选项。

我们知道，在文件系统中，为了保证数据和文件系统的一致性，需要使用 inode lock。Inode lock 保证一个文件在某一时刻，只有一个写 I/O，并且为了避免读到 stale 的数据，写的时候并发读也是不被允许的。

而在 CIO 的工作模式下，JFS2 会绕过 inode lock，从而实现多个线程可以同时读写一个共享文件。而在这种情况下，数据的一致性就需要应用或数据库来提供，如 DB2 Pure Scale、Oracle RAC。

AIO、DIO、CIO的区别

AIO 在 AIX6.1 中默认是打开的，它既支持文件系统，也支持裸设备。而 DIO 和 CIO 是文件系统的一个选项。我们可以在 mount 文件系统的时候，进行设置，执行命令如下 :

#mount -o dio /weixinyu  #mount -o cio /weixinyu

 

对于已经挂载的文件系统，也可以修改其 I/O 方式 :

# chfs -a optiOns=rw,dio /weixinyu  # chfs -a optiOns=rw,aio /weixinyu

 

DIO 与 CIO 本质上并不矛盾，均属于“绕过文件系统缓存”的 I/O 方式。不同的是，在 DIO 的工作模式下，文件系统中的数据一致性是通过 inode lock 来实现的；而 CIO 为了提高文件的并发读写性，会绕过 inode lock，让应用来提供文件一致性锁。

AIO 对于裸设备的支持与 CIO 对文件系统支持的方式类似，都是通过“FastPath”来实现。前者受内核参数 fastpath 控制，后者受内核参数 fsfastpath 控制。在 AIX6.1 中，这两个参数默认都是设置为 1。

# ioo -F -a |grep -i path  aio_fastpath = 1  aio_fsfastpath = 1

 

三种 I/O 方式的逻辑关系如下图：

图 1.I/O方式逻辑图
 

AIO的参数设置与调优

AIO的两种支持方式

在上文中我们已经提到过，AIO 既支持文件系统，也支持裸设备。在文件系统模式下，AIO 通过文件系统缓存来实现异步 I/O。在裸设备的模式下，AIO 通过“FastPath”来实现，它的作用是将原始逻辑卷直接传递到磁盘层的 AIO 请求。在 AIX6.1 中，这个参数是默认打开，设置为 1。

# ioo -F -a |grep -i path  aio_fastpath = 1

 

AIO 对文件系统的支持逻辑图如下（通过 Kproc 即 AIO Server 处理 I/O）。在这种工作模式下，将会由 kproc 进程来控制 I/O 请求，而 kproc 的数量（即 AIO Server 的数量）将会决定系统处理的最多 AIO 请求的数量。

图 2.AIO支持逻辑图
 

AIO 对裸设备的支持逻辑图如下（通过 FastPath 处理 I/O）:

图 3.AIO支持逻辑图
 

Fastpath 不需要 AIO Server 来处理 I/O 请求，它可以减少 CPU 上下文切换，降低 CPU 开销。

AIO的主要内核参数

在 AIX6.1 中，使用 ioo 命令可以查看与 AIO 相关的内核参数。

# ioo -F -a |grep -i aio  aio_maxreqs = 131072  aio_maxservers = 30  aio_minservers = 3

 

kproc 的最小值由系统参数 minservers 决定，最大值由系统参数 maxservers 决定。如果异步 I/O 请求的数量很多，就需要将 maxservers 的数值增大。由于 AIX 内核可以自动生成额外的 kproc，因此在大多数情况下，minservers 的数值不需要手动调整。需要注意的是，minservers 和 maxservers 两个参数只对文件系统有效，对于 AIO 的裸设备模式以及 CIO 的模式是无效的，这两种 I/O 由 FastPath 来处理，而不是 kproc。

在 AIX6.1 中，aio_maxservers 和 aio_minservers 的默认数值分别为 30 和 3，一般认为这两个数值是每个 CPU 的 AIO Server 数量设置。

AIX6.1 中的 maxreqs 参数决定 AIO 系统里可以处理最多并发 I/O 请求的数量。这个参数对于 fast path 的 I/O 类型是不起作用的。我们在调整 minservers 和 maxservers 参数时，也需要监控 maxreqs 数值。

在 AIX6.1 中，可以用如下命令查看运行的 AIO Server 的数量：

# pstat -a |grep -c aios |wc -l  1  # ioo -F -a |grep -i aio_minservers  aio_minservers = 3

 

# pstat -a |grep -c kproc |wc -l  1

 

从上面结果可以看出，目前系统中的 AIO 请求很少，只有一个 AIO server 在运行。而 AIO server 的数量与 kproc 的数量，是一致的。

在系统中，如果 maxreqs 和 maxservers 设置的太低低，可能会造成数据库报错或者宕机，查看 Oracle 的 bdump 文件可以发现如下报错：

图 4.Oracle报错
 

aio_server_inactivity 参数控制的是 AIO Server 的退出时间：即当 AIO server 空闲的时间超过 aio_server_inactivit 设置的数值时，AIO server 将会退出，默认这个数值默认为 300 秒。

一般情况下，运行的 AIO Server 数量不会低于 aio_minservers 参数的设置，在上面的例子中，之所以出现 AIO Server 的数量低于 aio_minservers 参数设置的数值，是因为该系统是一个空闲的系统，没有任何负载和 AIO 请求。aio_server_inactivity 在 AIX6.1 中一般不需要设置。

aio_active 参数不需要设置，默认为 0。只有当 AIO kernel extensors 被使用时，才会变成 1。

# ioo -a | grep active  aio_active = 0  posix_aio_active = 0    # ioo -o aio_active=1  ioo: 1485-114 Static tunable aio_active cannot be changed

如何判断 AIO性能问题

在 AIX 操作系统中，可以通过系统命令查看 AIO 是否存在性能问题 :

# iostat -A 1 3 |grep -v hdisk

图 5.AIO性能监控

 

在上面的命令中，我采用的监控时间是 1 秒，因此下面几个数值的描述都是“每秒”。

用红框标注的几个数值需要关注：

avgc: 每秒全局非 FastPath AIO 平均请求数量。如果 iostat 命令时间间隔为 3 秒，那么此项描述应为：3 秒内全局非 FastPath AIO 请求的平均数量，下不赘述。

avfc: 每秒裸设备（不包括 CIO FastPath IOs）FastPath AIO 平均请求数量。

maxgc:1 秒内，非 FastPath AIO 达到的最大值。

maxfc: 1 秒内，FastPath AIO 达到的最大值。

maxreqs: 参数设定的系统最大允许的 AIO 请求数量。

在命令的输出结果中，如果 maxgc 或 maxfc 的数值接近 maxreqs 或 maxservers 的数值，那么就需要增大系统中 maxreqs 或 maxservers 设置。

AIO内核参数设置的方法

在 AIX6.1 中，可以用 ioo 命令设置相关的参数。例如我们将 AIO Server 最大值设置为 40，最小值设置为 10：

# ioo -p -o aix_maxservers=40 -o aio_minservers=10  ioo: 1485-110 Invalid tunable name aix_maxservers  Setting aio_minservers to 10 in nextboot file  Setting aio_minservers to 10

 

我们将 maxreqs 的数值设置为 666666

# ioo -p -o aio_maxreqs=666666  Setting aio_maxreqs to 666666 in nextboot file  Setting aio_maxreqs to 666666

 

设置 fast path 参数，1 为打开，设置为 0 则关闭：

# ioo -o aio_fastpath=1   Setting aio_fastpath to 1  Warning: a restricted tunable has been modified  # ioo -o aio_fsfastpath=1  Setting aio_fsfastpath to 1  Warning: a restricted tunable has been modified

 

一般情况下，对于常见的应用，主要参数建议设置的数值为：

表 1.参数设置建议值

	默认值	OLTP	SAP
aio_minservers	3	200	400
aio_maxservers	10	800	1200
maxreqs	4096	16384	16384

 

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总结

AIO 在 AIX6.1 及 AIX7.1 中已默认开启，不需要手动开启。AIO 对于数据库而言是很重要的，如果参数设置的不对，将会造成性能大幅下降。因此，在规划数据库或者进行数据库调优时，应充分考虑到 I/O 的方式以及相关参数的设置。

参考资料

学习

·         通过参考 《 AIX 5L Version 6.1 System Management Concepts: Operating System and Devices 》，了解 AIX 的更多信息。

·         AIX and UNIX 专区：developerWorks 的“AIX and UNIX 专区”提供了大量与 AIX 系统管理的所有方面相关的信息，您可以利用它们来扩展自己的 UNIX 技能。

·         AIX and UNIX 新手入门：访问“AIX and UNIX 新手入门”页面可了解更多关于 AIX 和 UNIX 的内容。

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