最近在做連續數據流的緩沖系統，C語言代碼實現後，粗略測試了下，功能上應該沒有問題。那麼，接下來就該測試性能了。輸入 top 命令，的确可以看到一系列 cpu 使用率，其中一個值得注意的子項就是 io 使用率了，如下圖：

top 命令

上圖中 io 前面的數字是什麼意思呢？是指 CPU 有 63% 的時間花費在 io 上了嗎？在 Linux 中輸入 man 命令查看相關手冊，發現 io(wait) 被解釋為“等待 I/O 完成的時間”。

“等待 I/O 完成的時間”

如果按照手冊對 iowait 字面上的解釋，是很容易陷入誤區的。因為就上例而言，似乎 CPU 有 63% 的時間消耗在等待 I/O 操作完成，導緻 CPU 的性能白白浪費這麼多。

其實不是的，Linux 是一個成熟的操作系統，它才不會讓 CPU 寶貴的性能白白浪費在耗時的 I/O 等待上，實際上，如果當前系統還有其他任務需要使用 CPU，Linux 會将等待 I/O 完成的任務暫時挂起，将 CPU 使用權暫時交給有需要的任務。

有人認為，iowait 隻是 CPU 空閑（idle）時間的一個子集，也就是說 iowait 其實可以歸類到 idle 狀态，本質上表示 CPU 是空閑的，隻不過 iowait 表示任務中有等待 I/O 操作完成的時間。

iowait 到底是什麼意思呢？

這樣認為有一定的道理，畢竟哪怕 iowait 的數值是 100%，也僅僅是說明是 CPU 把時間都花在“等待”上了，這樣的情況一般隻有在當前系統沒有其他任務需要使用 CPU 時才會發生。因為一旦有其他任務需要使用 CPU，Linux 内核會立刻将 CPU 提供給該任務使用，CPU 時間就不再全部是“等待I/O”花費的了（不再是 100% io 了）。

不過讀者應該明白的是，“idle”是 CPU 的狀态，而 “iowait”則是任務的狀态。對于單核 CPU 來說，同時隻能有一個任務運行，上述說法可以認為是準确的。但是對于多核 CPU 來說，情況就有些不同了。

例如，某個系統擁有 4 個 CPU，有一個 I/O 超密集型任務正在運行，那麼，iowait 會是 100% 呢，還是 25% 呢？換句話說，iowait 會是在其中一個 CPU 上 100%，其他CPU 上 0% 呢，還是會在 4 個 CPU 上平均 25 % 呢？

簡單做一個實驗

簡單做一個實驗就可以了。我們使用 Linux 中的 dd 命令模拟高密集 I/O 任務，這一過程可以通過輸入以下命令實現：

dd if=/dev/sda of=/dev/null bs=1MB

這條命令可能需要 root 權限，/dev/sda 是我的磁盤，讀者可能需要換成自己的節點名。

此時，通過 top 命令可以查看到下面這樣的結果：

top 命令

圖中的 “wa”表示 I/O 等待時間（它和 io、iowait 是一個意思，名字不同而已）。可見，Linux 此時采用單個 CPU 處理 I/O 任務。如果讀者細心的話，應該能夠發現，I/O 任務隻是偶爾的切換到其他 CPU 上運行，這是為了保證 CPU 緩沖的命中率，Linux 内核盡量讓任務在單個 CPU 中運行。

在其他一些系統中，I/O 任務可能會在各個CPU中頻繁的切換，此時會産生下面這樣的結果：

I/O 任務可能會在各個CPU中頻繁的切換

假設 dd 命令是系統中執行 I/O 的唯一任務，那麼在同一時刻，最多隻會有一個 CPU 處理 I/O 等待任務。因此，實際上 34.8 20.9 26.7 3.7=86.1，接近但低于100。

進一步實驗

為了讓實驗更可重現，我們可以使用 taskset 命令為任務指定 CPU：

taskset 1 dd if=/dev/sda of=/dev/null bs=1MB

應該注意，taskset 後的數字 1 并不是 CPU 的編号，而是一種掩碼。

此時通過 top 命令查看 CPU 使用請看，應該能夠發現 CPU0 的 wa 項接近 100，這說明 CPU0 幾乎所有的時間都花在等待 I/O 操作完成上。那麼，是不是此時 CPU 就沒有精力處理其他任務了呢？我們再輸入下面這條命令：

taskset 1 sh -c "while true; do true; done"

上面這條命令是在相同的 CPU 上執行一個死循環，用于模拟計算密集型任務，它是不是就沒有機會執行了呢？輸入 top 命令，得到如下結果：

CPU0 的 wa 降低為 0 了

CPU0 的 wa 降低為 0 了，與此同時，用戶态和系統态的 CPU 時間接近 100% 了。這是意料之中的，因為本質上 CPU 是空閑的，Linux 内核當然可以把 CPU 交給第二個任務使用。原本用于等待 I/O 完成的 CPU 時間，現在用于處理第二個任務了。此時通過 top 命令查看 wa，自然得到接近 0 的結果。

小結

現在基本就清楚 top 命令中 % io 的含義了：對于指定的 CPU 來說，iowait 表示在此時間内，CPU 其實是空閑的，不過 CPU 并不是嚴格意義上的“空閑”，畢竟它還需要等待 I/O 操作完成。對于産生 I/O 操作請求的線程來說，它會阻塞等待 I/O 操作完成。理解這一點，對于我們開發I/O操作密集的C語言程序是非常有幫助的。

點個贊再走吧

歡迎在評論區一起讨論，質疑。文章都是手打原創，每天最淺顯的介紹C語言、linux等嵌入式開發，喜歡我的文章就關注一波吧，可以看到最新更新和之前的文章哦（最近發現有些帳号搬運我的文章并且标上原創标簽，有些可恥，請注明出處！！）。

,

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!

查看全部