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磁盘IO在文件传输过程中的稳定控制优化

问题的描述

本地镜像在不同物理机之间的传输,这里是通过自研的工具rsc,包含rsc_client和rsc_server。

rsc_server对收到的数据的处理不当,对IO可能产生不理想的结果:
(1)当Bps或者iops 过高时,可能使dm-0的util过高,甚至100%,影响上面虚机的IO;
(2)当传输过程中Bps过低时,会使得传输镜像过慢,影响效率,甚至导致创建虚机失败。

dm-0是物理机上的数据盘,有通过多快盘做raid。

以下在rsc_server的IO优化过程中,对不同方案测试结果的比较和分析。

无限速方案

测试环境为:

测试镜像: Windows 2008 64位 EN

镜像文件为qcow2格式,总共40G,实际占用空间20G。

宿主机:

172.27.162.108 –> 172.27.172.226(V3)

172.28.160.151–> 172.28.161.86(V4)

rsc_server端,接收到数据时,write到cache,就立刻返回。当cache满时,由系统一次性flush到磁盘。会使磁盘util=100%,持续10~20s,导致影响到客户虚机的IO性能。

限速方案

不同方案的测试和比较:
(1)对rsc_server进程的IO限速;
(2)对flush进程的IO限速;
(3)每次write时都sync;
(4)收到一定数量的包,调用fsync
其中对进程的限速是通过cgroup。

对rsc_server进程的IO限速

设置写到磁盘的限速参数:Bps=40MB/s,iops=15000。

把rsc_server进程PID添加到限速的tasks里。

无法限制住磁盘的IO。

原因:将cache刷到磁盘时,是由flush进程执行的,并不是rsc_server本身。所以考虑到将flush进程限速。

对flush 进程的IO限速

把flush进程的PID加入tasks里,可以限制磁盘到40M/s。

带来的问题,会影响所有通过flush来刷磁盘的操作:

1 宿主机的磁盘dm-0上,其他会将数据写到cahe就返回的操作都受到影响,如jbd2服务。jbd2(journaling block device 2)是ext4文件系统的服务,可以完成数据备份和恢复。

2 虚机内部

每次write时都sync

每次write都sync到磁盘,可以绕过从cache flush到磁盘的过程,也就不会产生flush过程中产生的IO过大的问题。

但每次write都sync带来写磁盘性能过低,落盘速度5M/s左右,util为98%~100%。

每收到10个64K的包,调用一次fsync

考虑到每次write都sync,影响磁盘性能,考虑减少sync的次数。改成累积到一定数量的包后,再调用fsync的方案。

172.27.162.108 –> 172.27.172.226( V3 )

172.28.160.151–> 172.28.161.86( V4 )

可以结果:

(1)写入IO得到很大提高,在30M/s ~ 200M/s之间,受宿主机影响较大;

(2)传输过程中,IO一直很稳定,util保持在40%或70%,也没有看到flush进程的出现,说明IO落地是由fsync执行;

使标准镜像(小于40G)都能在20分钟内传完,扩容过的镜像也不影响虚机的创建。

小插曲:

前面由于代码bug, 在每第10个64K包sync了n次。n为该64K的包,在跳过0的空洞后,拆成的小包的个数。sync次数过多导致IO性能过低,测试数据为6M/s左右。

172.28.160.151–> 172.28.161.86(V4)

strace的查看结果:

strace -T -p 21712( rsc_server进程PID ) -o test_rsc_server.txt

IO性能过低。

最终方案

“每收到10个64K的包,调用一次fsync”,由于宿主机的磁盘性能不同,不排除依然可能会有IO打满的情况,因为此时cache到磁盘的过程,是由rsc_server自己控制的,所以可以通过cgroup对rsc_server限速。

172.27.162.108 –> 172.27.172.226( V3 )

限速: rsc_server写入dm-0的 Bps=60M/s。

结果:rsc_server的落盘速度稳定在60M/s。

因此最终的方案是“fsync + cgroup限速”。