linux底层io原理？

一、linux底层io原理？

Linux底层I/O原理是指Linux操作系统在处理输入输出操作时所使用的底层机制。Linux采用了一种称为虚拟文件系统的机制，将所有的I/O设备都抽象为文件，通过文件描述符来访问进行I/O操作。这样做的好处是可以统一对待不同类型的I/O设备，简化了I/O操作的管理和调度。在Linux内核中，I/O操作的实现依赖于两个主要的数据结构，即文件描述符表和文件表。文件描述符表是一个进程的文件描述符和文件表项之间的映射表，它保存了进程打开的所有文件的信息。文件表是内核用来管理所有打开的文件的数据结构，它包含了文件的属性和指向底层设备的指针。当进行I/O操作时，内核会根据文件描述符找到相应的文件表项，并根据文件表项中保存的设备指针调用相应的设备驱动程序进行实际的I/O操作。设备驱动程序负责将数据从内核空间复制到设备空间或者从设备空间复制到内核空间，并管理和控制底层设备的访问。在进行读操作时，内核会从设备读取数据并将其复制到用户空间的缓冲区中；在进行写操作时，内核会将用户空间的数据复制到内核空间的缓冲区，并将其发送到设备。这些数据传输操作往往会经过多级缓冲区，以提高数据传输的效率。此外，Linux还提供了一些高级的I/O机制，如非阻塞I/O、多路复用和异步I/O等，用于提高I/O操作的性能和效率。这些机制可以通过系统调用来实现，如fcntl、select和aio等。

二、Linux异步IO是什么？

异步文件IO也就是重叠IO。在同步文件IO中，线程启动一个IO操作然后就立即进入等待状态，直到IO操作完成后才醒来继续执行。

而异步文件IO方式中，线程发送一个IO请求到内核，然后继续处理其他的事情，内核完成IO请求后，将会通知线程IO操作完成了。

如果IO请求需要大量时间执行的话，异步文件IO方式可以显著提高效率，因为在线程等待的这段时间内，CPU将会调度其他线程进行执行，如果没有其他线程需要执行的话，这段时间将会浪费掉（可能会调度操作系统的零页线程）。

如果IO请求操作很快，用异步IO方式反而还低效，还不如用同步IO方式。

同步IO在同一时刻只允许一个IO操作，也就是说对于同一个文件句柄的IO操作是序列化的，即使使用两个线程也不能同时对同一个文件句柄同时发出读写操作。

重叠IO允许一个或多个线程同时发出IO请求。

三、如何监控linux系统性能,io,内存，cpu？

1概述：

top命令是Linux下常用的性能分析工具，能够实时显示系统中各个进程的资源占用状况，类似于Windows的任务管理器。下面详细介绍它的使用方法。

top是一个动态显示过程,即可以通过用户按键来不断刷新当前状态.如果在前台执行该命令,它将独占前台,直到用户终止该程序为止.比较准确的说,top命令提供了实时的对系统处理器的状态监视.它将显示系统中CPU最“敏感”的任务列表.该命令可以按CPU使用.内存使用和执行时间对任务进行排序；而且该命令的很多特性都可以通过交互式命令或者在个人定制文件中进行设定.

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2命令格式：

top [参数]

3命令功能：

显示当前系统正在执行的进程的相关信息，包括进程ID、内存占用率、CPU占用率等

4命令参数：

-b 批处理

-c 显示完整的治命令

-I 忽略失效过程

-s 保密模式

-S 累积模式

-i<时间> 设置间隔时间

-u<用户名> 指定用户名

-p<进程号> 指定进程

-n<次数> 循环显示的次数

5使用实例：

01 实例1：显示进程信息：

命令：

top

输出：

说明：

1. 系统运行时间和平均负载：

top命令的顶部显示与uptime命令相似的输出

这些字段显示：

当前时间

系统已运行的时间

当前登录用户的数量

相应最近5、10和15分钟内的平均负载。

可以使用'l'命令切换uptime的显示。

22:46:38 — 当前系统时间

0 days, 3:59 — 系统已经运行了3小时59分钟（在这期间没有重启过）

3 users — 当前有2个用户登录系统

load average:0.01, 0.02, 0.00 — load average后面的三个数分别是5分钟、10分钟、15分钟的负载情况。

load average数据是每隔5秒钟检查一次活跃的进程数，然后按特定算法计算出的数值。如果这个数除以逻辑CPU的数量，结果高于5的时候就表明系统在超负荷运转了。

2.任务:

Tasks — 任务（进程），系统现在共有146个进程，其中处于运行中的有1个，145个在休眠（sleep），stoped状态的有0个，zombie状态（僵尸）的有0个。

第二行显示的是任务或者进程的总结。进程可以处于不同的状态。这里显示了全部进程的数量。除此之外，还有正在运行、睡眠、停止、僵尸进程的数量（僵尸是一种进程的状态）。这些进程概括信息可以用't'切换显示

3.CPU 状态:

这里显示不同模式下所占cpu时间百分比，这些不同的cpu时间表示：

us, user：运行(未调整优先级的) 用户进程的CPU时间

sy，system: 运行内核进程的CPU时间

ni，niced：运行已调整优先级的用户进程的CPU时间

wa，IO wait: 用于等待IO完成的CPU时间

hi：处理硬件中断的CPU时间

si: 处理软件中断的CPU时间

st：这个虚拟机被hypervisor偷去的CPU时间（译注：如果当前处于一个hypervisor下的vm，实际上hypervisor也是要消耗一部分CPU处理时间的）。

可以使用't'命令切换显示。

0.3% us — 用户空间占用CPU的百分比。

0.7% sy — 内核空间占用CPU的百分比。

0.0% ni — 改变过优先级的进程占用CPU的百分比

99.0% id — 空闲CPU百分比

0.0% wa — IO等待占用CPU的百分比

0.0% hi — 硬中断（Hardware IRQ）占用CPU的百分比

0.0% si — 软中断（Software Interrupts）占用CPU的百分比

在这里CPU的使用比率和windows概念不同，如果你不理解用户空间和内核空间，需要充充电了。

4. 内存使用:

接下来两行显示内存使用率，有点像'free'命令。第一行是物理内存使用，第二行是虚拟内存使用(交换空间)。

物理内存显示如下:全部可用内存、已使用内存、空闲内存、缓冲内存。相似地：交换部分显示的是：全部、已使用、空闲和缓冲交换空间。

内存显示可以用'm'命令切换。

1004348k total — 物理内存总量（1004M）

938408k used — 使用中的内存总量（938M）

65940k free — 空闲内存总量（65M）

44344k buffers — 缓存的内存量 （44M）

swap交换分区

2031612k total — 交换区总量（2031M）

4k used — 使用的交换区总量（4k）

2031608k free — 空闲交换区总量（2031M）

538676k cached — 缓冲的交换区总量（538M）

5. 各进程（任务）的状态监控:

PID：进程ID，进程的唯一标识符

USER：进程所有者的实际用户名。

PR：进程的调度优先级。这个字段的一些值是'rt'。这意味这这些进程运行在实时态。

NI：进程的nice值（优先级）。越小的值意味着越高的优先级。负值表示高优先级，正值表示低优先级

VIRT：进程使用的虚拟内存。进程使用的虚拟内存总量，单位kb。VIRT=SWAP+RES

RES：驻留内存大小。驻留内存是任务使用的非交换物理内存大小。进程使用的、未被换出的物理内存大小，单位kb。RES=CODE+DATA

SHR：SHR是进程使用的共享内存。共享内存大小，单位kb

S：这个是进程的状态。它有以下不同的值:

D - 不可中断的睡眠态。

R – 运行态

S – 睡眠态

T – 被跟踪或已停止

Z – 僵尸态

%CPU：自从上一次更新时到现在任务所使用的CPU时间百分比。

%MEM：进程使用的可用物理内存百分比。

TIME+：任务启动后到现在所使用的全部CPU时间，精确到百分之一秒。

COMMAND：运行进程所使用的命令。进程名称（命令名/命令行）

还有许多在默认情况下不会显示的输出，它们可以显示进程的页错误、有效组和组ID和其他更多的信息。

6.其他使用技巧：

6.1.多U多核CPU监控

在top基本视图中，按键盘数字“1”，可监控每个逻辑CPU的状况：

6.2.高亮显示当前运行进程

敲击键盘“b”（打开/关闭加亮效果），top的视图变化如下：

我们发现进程id为7600的“top”进程被加亮了，top进程就是视图第二行显示的唯一的运行态（runing）的那个进程，可以通过敲击“y”键关闭或打开运行态进程的加亮效果。

6.3.进程字段排序

默认进入top时，各进程是按照CPU的占用量来排序的，在下图中进程ID为7517的java进程排在第一（cpu占用0.7%），进程ID为3073的java进程排在第二（cpu占用0.3%）。

敲击键盘“x”（打开/关闭排序列的加亮效果），top的视图变化如下：

可以看到，top默认的排序列是“%CPU”

6.4. 通过”shift + >”或”shift + <”可以向右或左改变排序列

下图是按一次”shift + >”的效果图,视图现在已经按照%MEM来排序。

02 实例2显示完整命令：

命令：

top -c

输出：

03 实例3显示指定进程信息：

命令：

top -p 7517

输出：

6 top交互命令：

在top 命令执行过程中可以使用的一些交互命令。这些命令都是单字母的，如果在命令行中使用了s 选项， 其中一些命令可能会被屏蔽。

h 显示帮助画面，给出一些简短的命令总结说明

k 终止一个进程。

i 忽略闲置和僵死进程。这是一个开关式命令。

q 退出程序

r 重新安排一个进程的优先级别

S 切换到累计模式

s 改变两次刷新之间的延迟时间（单位为s），如果有小数，就换算成m s。输入0值则系统将不断刷新，默认值是5 s

f或者F 从当前显示中添加或者删除项目

o或者O 改变显示项目的顺序

l 切换显示平均负载和启动时间信息

m 切换显示内存信息

t 切换显示进程和CPU状态信息

c 切换显示命令名称和完整命令行

M 根据驻留内存大小进行排序

P 根据CPU使用百分比大小进行排序

T 根据时间/累计时间进行排序

W 将当前设置写入~/.toprc文件中

原文参考：https://mp.weixin.qq.com/s/QZG20GtRr03EiWaGuY-qwQ

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四、linux怎么计算io读写速度？

Linux下测试磁盘的读写IO速度 ，使用hdparm命令，下面是测试方法：

五、磁盘io高会影响网络io吗？

不会，网络信号和网络配置路由器有关，和磁盘无关联

六、Linux运维IO：优化指南

Linux运维IO：优化指南

在Linux系统运维中，IO（Input/Output）性能优化是至关重要的一环。良好的IO性能可以提升系统整体性能，改善用户体验，并确保系统运行稳定。本文将从优化IO性能的角度出发，为你详细介绍Linux运维中的IO优化指南。

理解IO性能

在开始优化IO性能之前，我们需要理解IO性能的指标和影响因素。IO性能衡量的主要指标包括吞吐量、延迟和IOPS（每秒IO操作次数）等。硬件设备、文件系统、内核参数以及应用程序设计都会对IO性能产生影响。

硬件设备优化

硬件设备是影响IO性能的重要因素。首先，选择高性能的存储设备如SSD，优化磁盘阵列的RAID配置以提升吞吐量和容错能力。其次，合理规划磁盘分区和文件系统，使用适当的块大小和文件系统类型。

文件系统优化

文件系统在IO性能优化中起着关键作用。合理选择文件系统类型（如ext4、XFS等），并针对特定的IO模式进行优化配置。使用journaling、inode和磁盘缓存等策略，以提高数据完整性和加速IO操作。

内核参数调优

Linux内核参数的调优对IO性能有着直接影响。通过修改参数如readahead、swappiness、dirty_ratio等，可以优化文件读写行为和页面缓存机制，从而提升IO性能并降低IO延迟。

应用程序优化

优化应用程序的IO操作方式也是提升整体IO性能的重要步骤。采用异步IO操作、多线程并行IO以及合理的IO调度策略，可以最大程度地利用硬件设备和文件系统的性能优势。

结语

通过对Linux系统运维中IO性能的优化，可以显著改善系统的稳定性和响应速度，提升用户体验。合理调优硬件设备、文件系统、内核参数以及应用程序，将为你的系统带来更优秀的IO性能。

感谢您阅读本文，希望本文能帮助你更好地理解和优化Linux系统中的IO性能，为你的工作带来实质性的帮助。

七、linux多路复用io实现原理？

1. Linux多路复用IO主要是利用select、poll、epoll这三个系统调用来实现。2. 由于Linux的文件描述符是对I/O操作的抽象，包括socket等文件描述符。通过将多个文件描述符（连接）注册到select/poll/epoll对象中，可以让内核监控到这些文件描述符状态的变化，当有文件描述符可读或可写时，通过select/poll/epoll返回就绪文件描述符列表，提醒应用程序进行相应操作。相对于传统的阻塞IO，多路复用IO可以减少应用程序被阻塞的时间，提高性能。3. 不需要进行步骤说明。

八、linux网络中断？

1. 是可能发生网络中断的。2. Linux网络中断可能是由于多种原因引起的，例如网络故障、硬件故障、配置错误等。网络故障可能包括路由器故障、网络线路故障、DNS服务器故障等。硬件故障可能包括网卡故障、交换机故障等。配置错误可能包括IP地址冲突、子网掩码设置错误等。3. 如果遇到Linux网络中断问题，可以尝试以下解决方法：检查网络设备是否正常工作，例如网卡是否插好、网线是否连接正常；检查网络配置是否正确，例如IP地址、子网掩码、网关、DNS等设置是否正确；检查网络设备是否有故障，例如路由器、交换机等是否正常工作；尝试重启网络设备或者重启计算机；如果问题仍然存在，可以尝试使用网络故障排除工具进行诊断，例如ping命令、traceroute命令等。4. 此外，为了避免Linux网络中断问题的发生，可以定期检查网络设备的状态，及时更新软件和驱动程序，保持网络设备的正常运行。另外，合理规划网络拓扑结构，避免单点故障，提高网络的可靠性和稳定性。

九、linux网络操作？

Linux 网络操作

1.1. 查看占用端口的进程

方法一 netstat

netstat -an | grep 8080

1

方法二 lsof

lsof -i:80

lsof -i tcp:80

1

2

1.2. 关闭防火墙

systemctl status firewalld.service

systemctl stop firewalld.service

systemctl start firewalld.service

systemctl disable firewalld.service

1

2

3

4

5

6

1.3. 关闭 selinux

## setenforce 0 临时设置 SELinux 成为 permissive 模式

## setenforce 1 临时设置 SELinux 成为 enforcing 模式

setenforce 0

vi /etc/selinux/config

将 SELINUX=enforcing 改为 SELINUX=disabled

# 查看

$ getenforce

Disabled

$ /usr/sbin/sestatus -v

SELinux status: disabled

十、linux硬盘安装IO-APIC+TIMER错误？

1 .启动时，按“Esc”，取消自动启动，进入grub启动选项2 .按“e”，编辑启动项目，选择kernel一行，添加noapic参数，回车退出，按“b”，启动，现在可以正常进入系统。

3.进入系统后，在编辑/boot/grub/menu.lst 文件，在kernel后添加 noapic，保存退出。

4.reboot 重启