1. 课程导论：文件系统I/O路径全景图，Page Cache与块设备调度的关系，故障排查的通用方法论

1.1 文件系统I/O路径全景图

文件系统I/O路径是Linux内核中数据从用户态应用程序到物理存储介质的完整旅程。理解这条路径是故障排查的基础。一次典型的写操作会依次穿越以下层级：

下图展示了文件系统写I/O的完整数据流与关键缓存/调度组件：

1.2 Page Cache与块设备调度的关系

Page Cache 与块设备调度是文件系统写性能与稳定性的核心博弈点。Page Cache 负责延迟回写与合并写入，而块设备调度器负责将下发的 I/O 请求进行排序与合并，以最大化磁盘吞吐量。

下图展示了 Page Cache 脏页回写与块设备调度器之间的协作与瓶颈关系：

1.3 故障排查的通用方法论

面对文件系统 I/O 性能故障，我们遵循“现象定位 → 数据采集 → 根因分析 → 验证修复”的闭环方法论。以下表格总结了各阶段的核心动作与常用工具：

以下流程图总结了故障排查的通用决策路径：

1.4 课程核心知识点预览

本课程将围绕以下核心知识点展开，帮助学员建立从 Page Cache 到块设备调度的完整故障排查能力：

• Page Cache 回写机制： 脏页生成、回写触发条件（dirty_ratio、dirty_background_ratio、dirty_expire_centisecs）、回写线程行为。
• 块设备调度器原理： 传统调度器（CFQ、Deadline）与多队列调度器（mq-deadline、kyber、none）的差异与适用场景。
• I/O 栈延迟分析： 使用 blktrace、iostat、perf 等工具定位延迟发生在哪个层级。
• 典型故障案例： 脏页堆积导致写延迟抖动、调度器队列满导致吞吐量下降、NVMe 设备队列深度配置不当。
• 调优与修复： 内核参数调整、调度器切换、存储硬件配置优化。