幾種 I/O 類型概念的介紹
AIO 的全稱爲 Asynchronous I/O，即異步 I/O。在 AIO 的工作模式下，應用程序向操作系統發起 I/O 請求（讀 / 寫）以後，不必等 I/O 完成，即可發起新的 I/O 請求。通過這種方法，可以提示提升 I/O 吞吐量和性能。從 AIX5L 起，AIX 支持兩種 AIO：legacy AIO 和 POSIX AIO。AIO 既支持文件系統也支持裸設備。
AIO 的全稱爲 Direct I/O，即直接 I/O。在 DIO 的工作模式下，數據直接從磁盤傳送到應用的緩存，而不經過文件的 buffer cache。DIO 是 JFS 文件系統的一個選項，對於一些應用，如 Oracle 數據庫，它本身有自己的緩存，如果再使用文件系統緩存，反而會造成性能的下降，在這種情況下，使用 DIO 會提升一定的性能。但是，當應用有大量的順序讀 I/O 的時候，使用 DIO 的方式由於缺少讀緩存，會造成一定的性能下降。
CIO 的全稱爲 Concurrent I/O 即併發 I/O。CIO 的工作模式是建立在 DIO 模式基礎之上的。在 JFS2 的環境下，如果應用需要繞過文件系統緩存，經常會使用 CIO 模式來替代 DIO 模式。在 CIO 的工作模式下，數據會從磁盤直接傳遞到應用的緩存。從 AIX 5.2.10 開始，JFS2 支持 CIO 選項。
我們知道，在文件系統中，爲了保證數據和文件系統的一致性，需要使用 inode lock。Inode lock 保證一個文件在某一時刻，只有一個寫 I/O，並且爲了避免讀到 stale 的數據，寫的時候併發讀也是不被允許的。
而在 CIO 的工作模式下，JFS2 會繞過 inode lock，從而實現多個線程可以同時讀寫一個共享文件。而在這種情況下，數據的一致性就需要應用或數據庫來提供，如 DB2 Pure Scale、Oracle RAC。
AIO、DIO、CIO 的區別
AIO 在 AIX6.1 中默認是打開的，它既支持文件系統，也支持裸設備。而 DIO 和 CIO 是文件系統的一個選項。我們可以在 mount 文件系統的時候，進行設置，執行命令如下 :
#mount -o dio /weixinyu #mount -o cio /weixinyu |
對於已經掛載的文件系統，也可以修改其 I/O 方式 :
# chfs -a options=rw,dio /weixinyu # chfs -a options=rw,aio /weixinyu |
DIO 與 CIO 本質上並不矛盾，均屬於“繞過文件系統緩存”的 I/O 方式。不同的是，在 DIO 的工作模式下，文件系統中的數據一致性是通過 inode lock 來實現的；而 CIO 爲了提高文件的併發讀寫性，會繞過 inode lock，讓應用來提供文件一致性鎖。
AIO 對於裸設備的支持與 CIO 對文件系統支持的方式類似，都是通過“FastPath”來實現。前者受內核參數 fastpath 控制，後者受內核參數 fsfastpath 控制。在 AIX6.1 中，這兩個參數默認都是設置爲 1。
# ioo -F -a |grep -i path aio_fastpath = 1 aio_fsfastpath = 1 |
三種 I/O 方式的邏輯關係如下圖：
圖 1.I/O 方式邏輯圖
AIO的參數設置與調優
AIO的兩種支持方式
在上文中我們已經提到過，AIO 既支持文件系統，也支持裸設備。在文件系統模式下，AIO 通過文件系統緩存來實現異步 I/O。在裸設備的模式下，AIO 通過“FastPath”來實現，它的作用是將原始邏輯卷直接傳遞到磁盤層的 AIO 請求。在 AIX6.1 中，這個參數是默認打開，設置爲 1。
# ioo -F -a |grep -i path aio_fastpath = 1 |
AIO 對文件系統的支持邏輯圖如下（通過 Kproc 即 AIO Server 處理 I/O）。在這種工作模式下，將會由 kproc 進程來控制 I/O 請求，而 kproc 的數量（即 AIO Server 的數量）將會決定系統處理的最多 AIO 請求的數量。
圖 2.AIO 支持邏輯圖
AIO 對裸設備的支持邏輯圖如下（通過 FastPath 處理 I/O）:
圖 3.AIO 支持邏輯圖
Fastpath 不需要 AIO Server 來處理 I/O 請求，它可以減少 CPU 上下文切換，降低 CPU 開銷。
AIO的主要內核參數
在 AIX6.1 中，使用 ioo 命令可以查看與 AIO 相關的內核參數。
# ioo -F -a |grep -i aio aio_maxreqs = 131072 aio_maxservers = 30 aio_minservers = 3 |
kproc 的最小值由系統參數 minservers 決定，最大值由系統參數 maxservers 決定。如果異步 I/O 請求的數量很多，就需要將 maxservers 的數值增大。由於 AIX 內核可以自動生成額外的 kproc，因此在大多數情況下，minservers 的數值不需要手動調整。需要注意的是，minservers 和 maxservers 兩個參數只對文件系統有效，對於 AIO 的裸設備模式以及 CIO 的模式是無效的，這兩種 I/O 由 FastPath 來處理，而不是 kproc。
在 AIX6.1 中，aio_maxservers 和 aio_minservers 的默認數值分別爲 30 和 3，一般認爲這兩個數值是每個 CPU 的 AIO Server 數量設置。
AIX6.1 中的 maxreqs 參數決定 AIO 系統裏可以處理最多併發 I/O 請求的數量。這個參數對於 fast path 的 I/O 類型是不起作用的。我們在調整 minservers 和 maxservers 參數時，也需要監控 maxreqs 數值。
在 AIX6.1 中，可以用如下命令查看運行的 AIO Server 的數量：
# 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 |
從上面結果可以看出，目前系統中的 AIO 請求很少，只有一個 AIO server 在運行。而 AIO server 的數量與 kproc 的數量，是一致的。
在系統中，如果 maxreqs 和 maxservers 設置的太低低，可能會造成數據庫報錯或者宕機，查看 Oracle 的 bdump 文件可以發現如下報錯：
圖 4.Oracle 報錯
aio_server_inactivity 參數控制的是 AIO Server 的退出時間：即當 AIO server 空閒的時間超過 aio_server_inactivit 設置的數值時，AIO server 將會退出，默認這個數值默認爲 300 秒。
一般情況下，運行的 AIO Server 數量不會低於 aio_minservers 參數的設置，在上面的例子中，之所以出現 AIO Server 的數量低於 aio_minservers 參數設置的數值，是因爲該系統是一個空閒的系統，沒有任何負載和 AIO 請求。aio_server_inactivity 在 AIX6.1 中一般不需要設置。
aio_active 參數不需要設置，默認爲 0。只有當 AIO kernel extensors 被使用時，纔會變成 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 |
如何判斷 AIO 性能問題
在 AIX 操作系統中，可以通過系統命令查看 AIO 是否存在性能問題 :
# iostat -A 1 3 |grep -v hdisk |
圖 5.AIO 性能監控
在上面的命令中，我採用的監控時間是 1 秒，因此下面幾個數值的描述都是“每秒”。
用紅框標註的幾個數值需要關注：
avgc: 每秒全局非 FastPath AIO 平均請求數量。如果 iostat 命令時間間隔爲 3 秒，那麼此項描述應爲：3 秒內全局非 FastPath AIO 請求的平均數量，下不贅述。
avfc: 每秒裸設備（不包括 CIO FastPath IOs）FastPath AIO 平均請求數量。
maxgc:1 秒內，非 FastPath AIO 達到的最大值。
maxfc: 1 秒內，FastPath AIO 達到的最大值。
maxreqs: 參數設定的系統最大允許的 AIO 請求數量。
在命令的輸出結果中，如果 maxgc 或 maxfc 的數值接近 maxreqs 或 maxservers 的數值，那麼就需要增大系統中 maxreqs 或 maxservers 設置。
AIO 內核參數設置的方法
在 AIX6.1 中，可以用 ioo 命令設置相關的參數。例如我們將 AIO Server 最大值設置爲 40，最小值設置爲 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 |
我們將 maxreqs 的數值設置爲 666666
# ioo -p -o aio_maxreqs=666666 Setting aio_maxreqs to 666666 in nextboot file Setting aio_maxreqs to 666666 |
設置 fast path 參數，1 爲打開，設置爲 0 則關閉：
# 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 |
一般情況下，對於常見的應用，主要參數建議設置的數值爲：
表 1. 參數設置建議值
| 默認值 | OLTP | SAP |
aio_minservers | 3 | 200 | 400 |
aio_maxservers | 10 | 800 | 1200 |
maxreqs | 4096 | 16384 | 16384 |
AIO 在 AIX6.1 及 AIX7.1 中已默認開啓，不需要手動開啓。AIO 對於數據庫而言是很重要的，如果參數設置的不對，將會造成性能大幅下降。因此，在規劃數據庫或者進行數據庫調優時，應充分考慮到 I/O 的方式以及相關參數的設置。
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