NI I/O Trace 3.1.1 - Windows - National Instruments
NI I/O Trace 3.1.1 - Windows
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本篇文章主要介绍了"如何在Android平台上使用IO分析工具（blktrace）"，主要涉及到如何在Android平台上使用IO分析工具（blktrace）方面的内容，对于如何在Android平台上使用IO分析工具（blktrace）感兴趣的同学可以参考一下。
1. 首先要在内核中加入I/O追踪支持
kernel hacking =& tracer =& enabling IO tracer
CONFIG_BLK_DEV_IO_TRACE
为了保证安全还可以加入一些其他的追踪选项
2. 同时，所有的cpu核都要出于工作状态，可以达到这一目的。
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本文标题：
本页链接：blktrace分析IO - 推酷
blktrace分析IO
上篇博客介绍了iostat的一些输出，这篇介绍blktrace这个神器。上一节介绍iostat的时候，我们心心念念希望得到块设备处理io的service time，而不是service time + wait time，因为对于评估一个磁盘或者云磁盘而言，service time才是衡量磁盘性能的核心指标和直接指标。很不幸iostat无法提供这个指标，但是blktrace可以。
blktrace是一柄神器，很多工具都是基于该神器的：ioprof，seekwatcher，iowatcher，这个工具基本可以满足我们的对块设备请求的所有了解。
blktrace的原理
一个I/O请求，从应用层到底层块设备，路径如下图所示：
从上图可以看出IO路径是很复杂的。这么复杂的IO路径我们是无法用短短一篇小博文介绍清楚的。我们将IO路径简化一下：
一个I/O请求进入block layer之后，可能会经历下面的过程：
Remap: 可能被DM(Device Mapper)或MD(Multiple Device, Software RAID) remap到其它设备
Split: 可能会因为I/O请求与扇区边界未对齐、或者size太大而被分拆(split)成多个物理I/O
Merge: 可能会因为与其它I/O请求的物理位置相邻而合并(merge)成一个I/O
被IO Scheduler依照调度策略发送给driver
被driver提交给硬件，经过HBA、电缆（光纤、网线等）、交换机（SAN或网络）、最后到达存储设备，设备完成IO请求之后再把结果发回。
blktrace 能够记录下IO所经历的各个步骤:
我们一起看下blktrace的输出长什么样子：
第一个字段：8,0 这个字段是设备号 major device ID和minor device ID。
第二个字段：3 表示CPU
第三个字段：11 序列号
第四个字段：0. Time Stamp是时间偏移
第五个字段：PID 本次IO对应的进程ID
第六个字段：Event，这个字段非常重要，反映了IO进行到了那一步
第七个字段：R表示 Read， W是Write，D表示block，B表示Barrier Operation
第八个字段：，表示的是起始block number 和 number of blocks，即我们常说的Offset 和 Size
第九个字段： 进程名
其中第六个字段非常有用：每一个字母都代表了IO请求所经历的某个阶段。
Q – 即将生成IO请求
G – IO请求生成
I – IO请求进入IO Scheduler队列
D – IO请求进入driver
C – IO请求执行完毕
注意，整个IO路径，分成很多段，每一段开始的时候，都会有一个时间戳，根据上一段开始的时间和下一段开始的时间，就可以得到IO 路径各段花费的时间。
注意，我们心心念念的service time，也就是反应块设备处理能力的指标，就是从D到C所花费的时间，简称D2C。
而iostat输出中的await，即整个IO从生成请求到IO请求执行完毕，即从Q到C所花费的时间，我们简称Q2C。
我们知道Linux 有I/O scheduler，调度器的效率如何，I2D是重要的指标。
注意，这只是blktrace输出的一个部分，很明显，我们还能拿到offset和size，根据offset，我们能拿到某一段时间里，应用程序都访问了整个块设备的那些block，从而绘制出块设备访问轨迹图。
另外还有size和第七个字段（Read or Write），我们可以知道IO size的分布直方图。对于本文来讲，我们就是要根据blktrace来获取这些信息。
blktrace、blkparse和btt
我们接下来简单介绍这些工具的使用，其中这三个命令都是属于blktrace这个包的，他们是一家人。
首先通过如下命令，可以查看磁盘上的实时信息：
blktrace -d /dev/sdb -o – | blkparse -i –
这个命令会连绵不绝地出现很多输出，当你输入ctrl＋C的时候，会停止。
当然了，你也可以先用如下命令采集信息，待所有信息采集完毕后，统一分析所有采集到的数据。搜集信息的命令如下：
blktrace -d /dev/sdb
注意，这个命令并不是只输出一个文件，他会根据CPU的个数上，每一个CPU都会输出一个文件，如下所示：
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.0
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.1
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.10
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.11
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.12
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.13
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.14
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.15
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.16
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.17
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.18
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.19
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.2
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.20
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.21
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.22
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.23
-rw-r--r-- 1 manu manu 1005K Jul
6 19:58 sdb.blktrace.3
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.4
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.5
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.6
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.7
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.8
-rw-r--r-- 1 manu manu
6 19:58 sdb.blktrace.9
有了输出，我们可以通过blkparse -i sdb来分析采集的数据：
+ 8 [kworker/u482:0]
+ 8 [kworker/u482:0]
+ 16 [kworker/u482:0]
+ 8 [kworker/u482:0]
+ 8 [kworker/u482:0]
+ 8 [kworker/u482:0]
N [kworker/u482:0] 14
+ 8 [ceph-osd]
+ 8 [ceph-osd]
+ 8 &- (8,22)
+ 8 [kworker/u482:0]
+ 8 [kworker/u482:0]
N [kworker/u482:0]
+ 8 [kworker/u482:0]
N [kworker/u482:0] 1
+ 8 [ceph-osd]
+ 8 [ceph-osd]
+ 8 [ceph-osd]
+ 8 [ceph-osd]
+ 8 [ceph-osd]
+ 8 [ceph-osd]
注意，blkparse仅仅是将blktrace输出的信息转化成人可以阅读和理解的输出，但是，信息太多，太杂，人完全没法得到关键信息。 这时候btt就横空出世了，这个工具可以将blktrace采集回来的数据，进行分析，得到对人更有用的信息。事实上，btt也是我们的终点。
接下来，我们要利用blktrace blkparse 以及btt来采集和分析单块磁盘的的性能，最终我会生成一个pdf的文档。步骤如下：
输入： blktrace采集到的原始数据
输出： 使用btt，blkparse还有自己写的一些bash脚本和python脚本，输出出pdf格式的report
通过各种工具，生成原始的分析结果，以及绘制对应的PNG图片：
将分析结果以表格和图片的方式，写入markdown文本
将markdown 文本通过pandoc转换成pdf文档。
获取个阶段的延迟信息
注意，btt已经可以很自如地生成这部分统计信息，我们可以很容易得到如下的表格：
方法如下：
首先blkparse可以将对应不同cpu的多个文件聚合成一个文件：
blkparse -i sdb -d sdb.blktrace.bin
然后btt就可以分析这个sdb.blktrace.bin了：
==================== All Devices ====================
--------------- ------------- ------------- ------------- -----------
==================== Device Overhead ====================
---------- | --------- --------- --------- --------- ---------
---------- | --------- --------- --------- --------- ---------
==================== Device Merge Information ====================
---------- | -------- -------- ------- | -------- -------- -------- --------
==================== Device Q2Q Seek Information ====================
MEDIAN | MODE
---------- | --------------- --------------- --------------- | ---------------
0 | 0(17159)
---------- | --------------- --------------- --------------- | ---------------
MEDIAN | MODE
0 | 0(17159)
==================== Device D2D Seek Information ====================
MEDIAN | MODE
---------- | --------------- --------------- --------------- | ---------------
0 | 0(9249)
---------- | --------------- --------------- --------------- | ---------------
MEDIAN | MODE
0 | 0(9249)
注意： D2C和Q2C，一个是表征块设备性能的关键指标，另一个是客户发起请求到收到响应的时间，我们可以看出，
D2C 平均在0. 秒，即0.7毫秒 Q2C 平均在0. 秒，即2.5毫秒，
无论是service time 还是客户感知到的await time，都是非常短的，表现非常不俗。但是D2C花费的时间只占整个Q2C的30%， 51%以上的时间花费在I2D。
下面我们看下D2C和Q2C随着时间的分布情况：
绘制图片需要的信息可以通过如下指令得到：
btt -i sdb.blktrace.bin -l sdb.d2c_latency
btt -i sdb.blktrace.bin -q sdb.q2c_latency
IOPS 和 MBPS
从btt出发，我们分析出来采样时间内，整个块设备的IOPS：
获取方法如下：
blkparse -i sdb -d sdb.blktrace.bin
btt -i sdb.blktrace.bin -q sdb.q2c_latency
注意，这一步之后，我们会得到如下文件：
sdb.q2c_latency_8,16_q2c,dat
sys_iops_fp.dat
sys_mbps_fp.dat
8,16_iops_fp.dat
8,17_mbps_fp.dat
注意，如果我们blktrace －d sdb，只关注sdb的时候，我们可以通过sys_iops_fp.dat和sys_mbps_fp.dat获取对应的IOPS和MBPS信息：
cat sys_iops_fp.dat
IO Size Historgram
我们很关心，在采样的时间内，IO size的分布情况，因为这个可以得到，过去的时间里，我们是大IO居多还是小IO居多：
步骤如下：
blkparse -i sdb -d sub.blktrace.bin
btt -i sdb.blktrace.bin -B sdb.offset
这个步骤之后会生成三个文件：
sdb.offset_8,16_r.dat
sdb.offset_8,16_w.dat
sdb.offset_8,16_c.dat
其中r表示读操作的offset和size信息，w表示写操作的offset和size信息，c表示读＋写。
其输出格式如下：
cat sdb.offset_8,16_w.dat
注意，第一个字段是时间，第二个字段是开始扇区即offset，第三个字段为结束扇区。不难根据第二个字段和第三个字段算出来size。当然了单位为扇区。
访问轨迹图
注意上小节，可以拿到不同时间里，访问磁盘的位置以及访问扇区的个数，如果不考虑访问扇区的个数，我们可以得到一张访问轨迹2D图：
如果把访问扇区的个数作为第三个维度，可以得到一张三维图
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