为何iostat显示磁盘利用率100%但aqu-sz小于1？

某C程序在单个文件内顺序写入12-16 KiB大小的块至若干文件，在~16 KiB写负载下，1秒间隔的iostat -x输出如下：

Device               w/s     wkB/s   wrqm/s  %wrqm w_await wareq-sz  aqu-sz  %util
nvme1n1          7497.00 105250.50     0.00   0.00    0.03    14.04    0.23 100.00

该输出显示磁盘利用率100%，aqu-sz（平均队列大小）为0.23，这是该工作负载的典型读数：队列大小通常在0.20-0.25之间，利用率常为100%，偶尔会降至90%或95%。

按定义，利用率是“磁盘至少有一个请求待处理的时间占比”，100%意味着始终至少有一个请求待处理；而aqu-sz是请求队列的时间平均大小，即提交至块层未完成的在途请求平均数量。

但此处读数与定义矛盾：若始终至少有一个请求待处理，平均队列大小应至少为1.0，这是为何？

注1：本次运行的读和丢弃统计均约为0，已省略。
注2：与单磁头磁盘不同，多独立磁头HDD和现代SSD可处理多个待处理请求，利用率100%并不代表设备饱和。

这看似矛盾的核心是**iostat的两个指标统计对象和逻辑存在差异**，具体拆解为两点：

1. 统计对象不一致
   aqu-sz统计的是内核块层IO调度器队列的平均长度，而%util统计的是NVMe存储设备本身的忙碌时间占比。
   NVMe设备采用队列式IO提交机制，块层队列中的请求会被设备快速取走，转移到设备内部的处理队列中执行，因此块层队列绝大多数时间处于空状态，aqu-sz自然数值极低；但设备内部一直在处理请求，没有空闲，所以利用率显示100%。

2. 超高速请求处理与统计粒度的叠加影响
   NVMe单请求处理时间极短（本例中w_await仅0.03毫秒），在1秒的统计周期内，块层队列仅在请求提交的瞬间存在请求，其余时间为空，但设备始终在处理内部队列的请求，利用率统计为100%；而aqu-sz是时间加权的平均队列长度，大量空队列的时间拉低了整体平均值，最终远低于1。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者BeeOnRope