Linux 磁盘读写放大的成因

根本原因是SSD以4KB page为最小读写单位，小写需读-改-写整页，导致IO放大；机械盘则受限于sector（512B或4KB）对齐要求。

为什么写1个字节，磁盘实际要写4KB？

根本原因在于硬件层的最小操作单元限制：SSD以page（通常4KB）为读写基本单位，机械盘则以sector（传统512B，现多为4K native）为准。当你发起一个未对齐的write()——比如偏移量是4097字节、长度1字节——底层无法只刷1字节，必须：

• 读出整个目标page（4KB）到SSD控制器缓存；
• 在内存中合并新数据；
• 擦除原page（SSD不可覆写）；
• 把整页4KB写入新位置。

这1次逻辑写，触发了1次读 + 1次擦 + 1次写 → 实际IO放大3倍以上。更糟的是，若该page跨两个物理erase block，还可能引发额外迁移，进一步放大。

文件系统和分区不对齐，会雪上加霜

即使应用层写请求对齐，如果底层布局没对齐，照样放大。典型场景：

• 分区起始扇区不是4096字节（8×512B）的整数倍 → fdisk -l看Start列，若不是8的倍数，就是错的；
• ext4格式化时没指定-E stride=128,stripe-width=256等RaiD感知参数，导致元数据分布打乱对齐；
• LVM物理扩展PE大小（默认4MB）与SSD page或erase block不匹配，中间多一层映射损耗。

结果是：你明明用O_DIRECT写了4KB对齐buffer，内核下发到底层的bio却仍被拆成多个非对齐request。

iostat -x里哪些指标暴露了读写放大？

光看wkB/s和w/s不够，关键要看放大比：

• 计算平均写大小：avgqu-sz / (w/s) 或直接看avgrq-sz（单位扇区）；若长期（即
• 对比r/s和w/s：SSD负载下r/s ≪ w/s但rkB/s ≈ wkB/s，大概率在后台GC或rewrite；
• 观察%util高但await异常飙升（如>50ms）：说明请求在队列堆积，背后常是频繁的read-modify-write循环。

注意：iostat不显示底层擦除次数，需结合smartctl -a /dev/nvme0n1 | grep -i "media wear"看SSD磨损指标佐证。

避免放大的实操底线

不是所有场景都能根治，但守住这三条能拦住80%问题：

• 新建分区时强制4K对齐：fdisk /dev/sda → g（gpt）→ n → 回车让起始扇区默认从2048开始（=1MB对齐）；
• SSD上禁用barrier和journal开销（仅限数据盘）：mkfs.ext4 -O ^has_journal /dev/sda1，挂载加noatime,nodiratime,discard；
• 应用写文件前检查buffer地址和offset：posix_memalign(&buf, 4096, size) + lseek(fd, offset & ~4095, SEEK_SET)，再write()。

真正难缠的从来不是单次写放大，而是日志型应用（如WAL、binlog）持续小写+fsync，这种必须配合io_uring提交聚合或换用libpmem直写持久内存——普通块设备上，对齐只是起点，不是终点。