为什么高磁盘 I/O 会降低系统响应速度/性能？

Question

我一直不明白为什么高磁盘 I/O 会如此减慢系统速度。这对我来说很奇怪，因为我预计减速只会影响那些依赖于硬盘/光驱数据的进程，但减速甚至会影响加载到 RAM 上的内容。我在这里指的是iowait。

为什么处理器要等待，而不是做其他工作？谁能解释这个限制以及为什么它没有在 Linux 内核中解决？有没有没有这个问题的内核？

[注意] 在这方面已经取得了一些进展。一方面，后来的内核（在我的例子中是 2.6.37）响应更快。

Answer 1

操作系统使用虚拟内存，因此可以使用比可用物理 RAM 多的内存。当内核决定更好地使用物理内存页面时，其内容可能会被“调出”以存储在磁盘上。当这样一个虚拟内存页面在调出时被访问，它会产生一个页面错误并从磁盘移回 RAM。

页面错误对性能来说是一场灾难，因为磁盘延迟以毫秒为单位，而 RAM 延迟以纳秒为单位。（1 毫秒 = 一百万纳秒！）

内存不仅被用户进程使用，而且被内核用于文件系统缓存之类的事情。在文件系统活动期间，内核将缓存最近使用的数据。假设很可能很快就会再次使用相同的数据，因此缓存应该可以提高 I/O 性能。

用于文件系统缓存的物理内存不能用于进程，因此在文件系统活动期间，更多的进程内存将被调出，页面错误会增加。此外，更少的磁盘 I/O 带宽可用于在磁盘之间移动内存页面。因此，进程可能会停止。

Answer 2

据我了解，IOwait 意味着一个进程，而不是处理器，正在等待 IO 变得可用。处理器的速度比硬盘快得多，这意味着更多的代码将完成得更快，然后需要读取磁盘。当需要读取的内容多于驱动器的读取速度时，您最终会等待处理器。决定谁读取/写入磁盘的方式由块调度程序决定，在大多数情况下现在是 CFQ。如果您正在使用 CFQ，并且您需要一个进程来使用更少的整体 IO 时间来提高系统响应能力，则可以使用ionice -c3 <processid>. 这告诉系统只在没有其他需要时才给这个进程 IO。

这仍然很有趣，并且更好地解释了 iowait 问题。