Скрипты Bash для мониторинга операций ввода-вывода в Linux

Операции ввода-вывода — процессы в вычислительной технике, которые связаны с передачей данных между компьютером и внешними устройствами или между различными частями самого компьютера. Системным администраторам важно собирать статистику по этим процессам, поскольку она позволяет:

• планировать распределение ресурсов;
• выявлять узкие места, влияющие на общую производительность ПК;
• прогнозировать потребности в хранении и обработке данных в операционной системе.

В этой статье мы покажем Вам три скрипта Bash для мониторинга операций ввода-вывода в реальном времени в Linux.

Содержание:

1. Чтение данных из файла /proc/diskstats
2. Использование утилиты iostat для сбора статистики по операциям ввода-вывода
3. Использование функционала vmstat в скрипте Bash
4. Выводы

Чтение данных из файла /proc/diskstats

Ядро Linux предоставляет виртуальный файл /proc/diskstats, который содержит статистику операций ввода-вывода для всех блочных устройств операционной системы.

Для сбора информации из этого текстового документа в режиме реального времени напишем следующий скрипт:

#!/bin/bash

# Function to monitor disk I/O using /proc/diskstats
monitor_disk_io() {
echo "Monitoring disk I/O using /proc/diskstats..."
# Specify the device to monitor (e.g., sda)
DEVICE="sda"

while true; do
clear
echo "Disk I/O stats for /dev/$DEVICE (updated every 5 seconds):"
awk -v dev="$DEVICE" '$3 == dev {print "Reads Completed: "$4, "\nReads Merged: "$5, "\nSectors Read: "$6, "\nTime Spent Reading: "$7, "ms\nWrites Completed: "$8, "\nWrites Merged: "$9, "\nSectors Written: "$10, "\nTime Spent Writing: "$11, "ms"}' /proc/diskstats
sleep 5
done
}

monitor_disk_io

Важно: в этом сценарии переменная DEVICE содержит название устройства хранения, которое будет отслеживаться в процессе мониторинга. Задайте для нее собственное значение.

Этот скрипт Bash будет выводить на экран и обновлять каждые 5 секунд следующую информацию об операциях ввода-вывода:

• Reads Completed — количество завершенных операций чтения;
• Reads Merged — количество операций чтения, объединенных с текущими операциями ввода-вывода;
• Sectors Read — количество прочитанных секторов (обычно сектор составляет 512 байт);
• Time Spent Reading — время, затраченное на чтение (в миллисекундах);
• Writes Completed — количество завершенных операций записи;
• Writes Merged —  количество операций записи, объединенных с текущими операциями ввода-вывода;
• Sectors Written — количество записанных секторов;
• Time Spent Writing — время, затраченное на запись (в миллисекундах).

Чтобы запустить скрипт, выполним в терминале:

./<script-name>.sh

Читайте также: Команда procinfo — примеры использования в Linux.

Использование утилиты iostat для сбора статистики по операциям ввода-вывода

Вы можете модернизировать предыдущий скрипт, добавив в него функционал команды iostat. Утилита iostat — это инструмент командной строки в Linux, используемый для мониторинга и составления отчетов об активности ЦП, дискового ввода-вывода и блочных устройств.

Таким образом, код сценария Bash для мониторинга операций чтения и записи на устройстве хранения будет таким:

#!/bin/bash

# Function to monitor disk I/O using /proc/diskstats and iostat combination
monitor_disk_io_combined() {
echo "Monitoring disk I/O using custom /proc/diskstats processing..."
# Specify the device to monitor (e.g., sda)
DEVICE="sda"

while true; do
clear
echo "Disk I/O stats for /dev/$DEVICE (updated every 5 seconds):"
echo "=== /proc/diskstats ==="
awk -v dev="$DEVICE" '$3 == dev {print "Reads Completed: "$4, "\nReads Merged: "$5, "\nSectors Read: "$6, "\nTime Spent Reading: "$7, "ms\nWrites Completed: "$8, "\nWrites Merged: "$9, "\nSectors Written: "$10, "\nTime Spent Writing: "$11, "ms"}' /proc/diskstats
echo
echo "=== iostat (for comparison) ==="
iostat -d | grep "Device"
iostat -d | grep "$DEVICE"
sleep 5
done
}

monitor_disk_io_combined

В дополнение к предыдущим данным, Вы получите следующую статистику об операциях ввода-вывода:

• tps — количество операций ввода-вывода в секунду;
• kB_read/s — объем информации в килобайтах, прочитанных за секунду;
• kB_wrtn/s — объем данных в килобайтах, записанных в секунду;
• kB_read — общее количество прочитанных данных в килобайтах;
• kB_wrtn — общее количество записанной информацию в килобайтах;
• kB_dscd/s — скорость освобождения блоков данных на устройстве в килобайтах в секунду;
• kB_dscd — количество освобожденных блоков на диске в результате выполнения операции trim в килобайтах.

Читайте также: Как установить и использовать iostat в Linux.

Использование функционала vmstat в скрипте Bash

Утилита vmstat — инструмент командной строки Linux, предназначенный для мониторинга производительности операционной системы. Эта команда позволяет получить детальную и сводную информацию об использовании ресурсов оперативной памяти, центрального процессора, загруженности жесткого диска, операциях ввода-вывода и других показателях.

На основе данных об операциях дискового ввода-вывода, которые собирает утилита vmstat, можно рассчитать изменения в производительности устройства хранения за определенный промежуток времени. Если собрать информацию в начале и в конце заданного интервала, можно узнать разницу в количестве:

• выполненных чтений и записей;
• прочитанных или записанных секторов;
• времени, затраченном на чтение или запись между последовательными измерениями.

Код скрипта выглядит следующим образом:

#!/bin/bash

# Function to monitor disk I/O statistics using vmstat with processing
monitor_disk_io() {
echo "Monitoring disk I/O statistics using vmstat..."
# Specify the interval in seconds
INTERVAL=5

# Initialize previous values
prev_reads=0
prev_writes=0
prev_sectors_read=0
prev_sectors_written=0

while true; do
# Get the current vmstat -d output for the specified device
vmstat -d | grep 'sda' > current_stats.txt

# Read current values
current_reads=$(awk '{print $4}' current_stats.txt)
current_writes=$(awk '{print $8}' current_stats.txt)
current_sectors_read=$(awk '{print $6}' current_stats.txt)
current_sectors_written=$(awk '{print $10}' current_stats.txt)

# Calculate differences
diff_reads=$((current_reads - prev_reads))
diff_writes=$((current_writes - prev_writes))
diff_sectors_read=$((current_sectors_read - prev_sectors_read))
diff_sectors_written=$((current_sectors_written - prev_sectors_written))

# Update previous values
prev_reads=$current_reads
prev_writes=$current_writes
prev_sectors_read=$current_sectors_read
prev_sectors_written=$current_sectors_written

# Display I/O statistics
clear
echo "Disk I/O stats for /dev/sda (updated every $INTERVAL seconds):"
echo "Reads Completed: $diff_reads"
echo "Sectors Read: $diff_sectors_read"
echo "Writes Completed: $diff_writes"
echo "Sectors Written: $diff_sectors_written"
echo "Time Spent Reading (ms): $(awk '{print $7}' current_stats.txt)"
echo "Time Spent Writing (ms): $(awk '{print $11}' current_stats.txt)"

sleep $INTERVAL
done
}

monitor_disk_io

Читайте также: Команда vmstat в Linux с примерами.

Важно: в сценарии инициализируется переменная INTERVAL со значением 5 секунд. Она задает интервал между каждым обновлением данных. Также в файл current_stats.txt временно сохраняется статистика дискового ввода-вывода, полученная в результате выполнения команды vmstat -d. Записанные данные извлекаются и обрабатываются, после чего содержимое current_stats.txt перезаписывается новой информацией в последующих итерациях скрипта Bash.

Для запуска сценария Bash выполните следующую команду:

./<script-name>.sh

Выводы

Мы показали три полезных скрипта Bash для мониторинга операций ввода-вывода в режиме реального времени. С их помощью Вы сможете обнаруживать аномалии и сбои в работе устройств хранения данных.

Спасибо за время, уделенное прочтению статьи!

Если возникли вопросы — задавайте их в комментариях.

Подписывайтесь на обновления нашего блога и оставайтесь в курсе новостей мира инфокоммуникаций!

Чтобы знать больше и выделяться знаниями среди толпы IT-шников, записывайтесь на курсы Cisco, курсы по кибербезопасности, полный курс по кибербезопасности, курсы DevNet / DevOps (программируемые системы) от Академии Cisco, курсы Linux от Linux Professional Institute на платформе SEDICOMM University (Университет СЭДИКОММ).