理解 %IOWAIT (%WIO)

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本文由 LinuxProbe.Com 团队成员魏丽猿整理发布，原文来自：Linux Performance。

%iowait 是“sar -u”等工具检查 CPU 使用率时显示的一个指标，在 Linux 上显示为 %iowait，在有的 Unix 版本上显示为 %wio，含义都是一样的, 这个指标常常被误读，很多人把它当作 I / O 问题的征兆，我自己每隔一段时间就会遇到对 %iowait 紧张兮兮的客户，不得不费尽唇舌反复解释，事实上这个指标所含的信息量非常少，不能单独用来判断系统有没有 I / O 问题，在此我们详细探讨一下它真正的含义，先从 man page 上的解释开始：

09:35:06 AM     CPU     %user     %nice   %system   %iowait    %steal     %idle
09:35:07 AM     all      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00    100.00
09:35:08 AM     all      0.51      0.00      2.53     13.13      0.00     83.84
09:35:09 AM     all      1.54      0.00      7.69     39.49      0.00     51.28
09:35:10 AM     all      2.04      0.00      9.18     39.80      0.00     48.98
09:35:11 AM     all      1.02      0.00      7.65     40.31      0.00     51.02

下面是 man page 中的部分解释：

Linux:

%iowait
Percentage of time that the CPU or CPUs were idle during
which the system had an outstanding disk I/O request.

HP-UX:

%wio
idle with some process waiting for I/O (only block I/O, raw
I/O, or VM pageins/swapins indicated).

Linux 和 HP-UX 的 man page 分别从两个角度描述了这个指标：Linux 着眼于 I /O，强调的是仍有未完成的 I / O 请求；而 HP-UX 着眼于进程，强调的是仍有进程在等待 I /O, 二者所说的是同一件事的两个方面，如果合在一起就完整了，就是：至少有一个 I / O 请求尚未完成，有进程因为等待它而休眠, 我们不妨采纳 Linux 的措辞，%iowait 表示在一个采样周期内有百分之几的时间属于以下情况：CPU 空闲、并且有仍未完成的 I / O 请求。
对 %iowait 常见的误解有两个：

是误以为 %iowait 表示 CPU 不能工作的时间

这种误解太低级了，%iowait 的首要条件就是 CPU 空闲，既然空闲当然就可以接受运行任务，只是因为没有进程可以运行，CPU 才进入空闲状态的。那为什么没有进程可以运行呢？因为进程都处于休眠状态、在等待某个特定事件：比如等待定时器、或者来自网络的数据、或者键盘输入、或者等待 I / O 操作完成，等等。

是误以为 %iowait 表示 I / O 有瓶颈问题

为什么人们会认为 %iowait 偏高是有 I / O 问题的迹象呢？他们的理由是：”%iowait 的第一个条件是 CPU 空闲，意即所有的进程都在休眠，第二个条件是仍有未完成的 I / O 请求，意味着进程休眠的原因是等待 I /O，而 %iowait 升高则表明因等待 I / O 而休眠的进程数量更多了、或者进程因等待 I / O 而休眠的时间更长了。“听上去似乎很有道理，但是不对：首先 %iowait 确实表示 CPU 空闲、所有进程都在休眠，也确实有的进程在等待 I /O，然而 %iowait 升高并不能证明等待 I / O 的进程数量增多了，也不能证明等待 I / O 的总时间增加了。

为什么呢？看看下面两张图就明白了:
理解 %IOWAIT (%WIO)
第一张图演示的是: 在 I / O 完全一样的情况下，CPU 忙闲状态的变化就能够影响 %iowait 的大小，图中我们看到，在 CPU 繁忙期间发生的 I /O，无论有多少，%iowait 的值都是不受影响的（因为 %iowait 的第一个前提条件就是 CPU 必须空闲）；当 CPU 繁忙程度下降时，有一部分 I / O 落入了 CPU 空闲的时间段内，这就导致了 %iowait 升高，可见，I/ O 并没有变化，%iowait 却升高了，原因仅仅是 CPU 的空闲时间增加了，请记住，系统中有成百上千的进程数，任何一个进程都可以引起 CPU 和 I / O 的变化，因为 %iowait、%idle、%user、%system 等这些指标都是全局性的，并不是特指某个进程。
理解 %IOWAIT (%WIO)
再看第二张图，它描述了另一种情形：假设 CPU 的繁忙状况保持不变的条件下，即使 %iowait 升高也不能说明 I / O 负载加重了，如果 2 个 I / O 请求依次提交、使得整个时段内始终有 I / O 在进行，那么 %iowait 是 100%；如果 3 个 I / O 请求同时提交，因为系统有能力同时处理多个 I /O，所以 3 个并发的 I / O 从开始到结束的时间与一个 I / O 一样，%iowait 的结果只有 50%；2 个 I / O 使 %iowait 达到了 100%，3 个 I / O 的 %iowait 却只有 50%，显然 %iowait 的高低与 I / O 的多少没有必然关系，而是与 I / O 的并发度相关，所以，仅凭 %iowait 的上升不能得出 I / O 负载增加的结论。