詳解 システム・パフォーマンス - 第9章：ディスク分析

ディスクのUSE法

指標	意味	コマンド	閾値の目安
Utilization（使用率）	ディスクがビジーな時間の割合	iostat %util	> 80% で注意
Saturation（飽和度）	I/Oキューの長さ	iostat avgqu-sz	> 1 で要確認
Errors（エラー）	I/Oエラー数	dmesg, smartctl	0 であるべき

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iostat の完全ガイド

# 基本形（1秒ごとに継続表示）
iostat -xz 1

# オプションの意味：
# -x: 拡張統計（await, %util 等）
# -z: 統計が0のデバイスを省略
# -m: MB/s 単位で表示
# -p sda: 特定デバイスのみ

各列の読み方

Device  rrqm/s wrqm/s r/s   w/s   rMB/s  wMB/s  avgrq-sz avgqu-sz  await r_await w_await svctm  %util

sda       0.00   5.00  0.0  100.0   0.0    50.0     512.0      2.0   20.0    0.0    20.0   8.0   80.0

列名	説明	解釈のポイント
r/s, w/s	1秒あたりのリード/ライトリクエスト数	スループット（IOPS）の指標
rMB/s, wMB/s	1秒あたりの読み書きデータ量	帯域幅の指標
avgrq-sz	平均リクエストサイズ（512バイト単位）	小さい = ランダムI/O、大きい = シーケンシャル
avgqu-sz	I/Oキューの平均長	> 1 で飽和の兆し、> 4 で深刻
await	リクエストの平均待ち時間（ms）	HDD < 20ms、SSD < 1ms が目安
r_await / w_await	読み込み/書き込みの待ち時間	読み書きを分けて分析できる
%util	ディスク使用率	> 80% で飽和の可能性、SSDは100%でも飽和しないことがある

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ディスクレイテンシの分布（biolatency）

await の平均値だけでは外れ値（遅いリクエスト）を見逃す。ヒストグラムで分布を確認する。

# BCC tool: biolatency
sudo biolatency
# Tracing block device I/O... Hit Ctrl-C to end.
# ^C
# usecs      : count     distribution
#    0 -> 1  :    0     |                   |
#    2 -> 3  :    0     |                   |
#    4 -> 7  :   32     |***                |
#    8 -> 15 :  189     |*****************  |
#   16 -> 31 :  431     |***************    |
#   32 -> 63 :  115     |*******            |
# 1024->2047 :    5     |*                  | ← 外れ値（遅い）
# 2048->4095 :    1     |                   | ← 非常に遅いリクエスト

# 特定デバイスのみ
sudo biolatency -d sda

# フラグ付きで詳細表示（-F: per-flag histogram）
sudo biolatency -F

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どのプロセスがディスクI/Oをしているか

# iotop（対話型ディスクI/Oモニター）
sudo iotop
# 上位プロセスのI/O使用量をリアルタイム表示
sudo iotop -b -n 3  # バッチモードで3回分

# pidstat でI/O統計（プロセス別）
pidstat -d 1 5
# kB_rd/s: 読み込み KB/秒
# kB_wr/s: 書き込み KB/秒
# iodelay: I/O待ちでブロックされた時間（クロック ticks）

# bpftrace でディスクI/Oとプロセスを紐づける
sudo bpftrace -e '
  tracepoint:block:block_rq_issue {
    @[comm, pid] = count();
  }
' -c "sleep 10"

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ディスクI/Oのパターン分析

ランダム vs シーケンシャル

# avgrq-sz（平均リクエストサイズ）で判断
iostat -xz 1
# avgrq-sz < 64 セクタ（32KB）  → ランダムI/O（DB等）
# avgrq-sz > 128 セクタ（64KB） → シーケンシャルI/O（大ファイル読み込み）

# HDD の場合：ランダムI/O は非常に遅い（シーク時間がかかる）
# SSD の場合：ランダム/シーケンシャルの差は小さい

書き込みパターン（Write-back vs Write-through）

# ダーティページ（未書き込みキャッシュ）の状況
cat /proc/meminfo | grep -i dirty
# Dirty: 102400 kB   ← 100MB の書き込みが溜まっている
# Writeback: 4096 kB ← 現在書き込み中

# フラッシュを手動でトリガー（デバッグ用）
sync
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches  # キャッシュを解放（本番では注意）

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S.M.A.R.T.（ディスクの健康状態）

# S.M.A.R.T. データの確認
sudo smartctl -a /dev/sda

# 重要な属性：
# 5  Reallocated_Sector_Ct  → 増加 = ディスク劣化のサイン
# 187 Reported_Uncorrectable → エラーが多い = 交換検討
# 188 Command_Timeout        → タイムアウトが多い
# 197 Current_Pending_Sector → 不安定なセクタ（増加は危険）
# 198 Offline_Uncorrectable  → 0 であるべき

# ヘルスチェック
sudo smartctl -H /dev/sda
# SMART overall-health self-assessment test result: PASSED

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HDD vs SSD の特性比較

特性	HDD	SSD
シーケンシャル読み込み	100〜200 MB/s	500MB/s〜7GB/s（NVMe）
ランダム読み込み（IOPS）	100〜200 IOPS	数十万〜数百万 IOPS
レイテンシ	5〜15ms（シーク時間）	0.01〜0.1ms
await の目安	< 20ms	< 1ms
%util = 100%	飽和している	飽和していない可能性あり（並列処理できる）

重要：SSD の %util は参考程度。await と avgqu-sz でボトルネックを判断する。

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ディスク問題のチェックリスト

□ iostat -xz 1 で %util・await・avgqu-sz を確認
□ %util > 80% または await が目安を超えていたら調査開始
□ sudo biolatency でレイテンシ分布を確認（外れ値がないか）
□ sudo iotop でI/Oを使っているプロセスを特定
□ pidstat -d でプロセス別I/Oを時系列確認
□ dmesg でディスクエラーがないか確認
□ smartctl -H で S.M.A.R.T. ヘルスを確認
□ avgrq-sz でランダム/シーケンシャルの傾向を確認
□ ファイルシステムのマウントオプション（noatime等）を確認