使用fio測試磁盤I/O性能

前言

fio是測試IOPS的很是好的工具，用來對硬件進行壓力測試和驗證，支持13種不一樣的I/O引擎，包括:sync,mmap, libaio, posixaio, SG v3, splice, null, network, syslet, guasi, solarisaio 等等。

簡單好用的磁盤性能測試工具

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更新記錄

2015年10月20日 - 初稿

閱讀原文 - http://wsgzao.github.io/post/fio/

擴展閱讀

fio - http://freecode.com/projects/fio
雲主機磁盤I/O基準性能測試 - https://docs.ucloud.cn/testdata/io_uhost.html
fio man - http://linux.die.net/man/1/fio

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測試準備

工具：fio - Flexible IO Tester

官方網站：

http://freecode.com/projects/fio

http://brick.kernel.dk/snaps/

注意: 性能測試建議直接經過寫裸盤的方式進行測試，會獲得較爲真實的數據。但直接測試裸盤會破壞文件系統結構，致使數據丟失，請在測試前確認磁盤中數據已備份。

CentOS能夠直接使用yum安裝

#yum安裝
yum install libaio-devel fio
#手動安裝
yum install libaio-devel
wget http://brick.kernel.dk/snaps/fio-2.2.10.tar.gz
tar -zxvf fio-2.2.10.tar.gz
cd fio-2.2.10
make $ make install

fio用法

fio分順序讀，隨機讀，順序寫，隨機寫，混合隨機讀寫模式。

filename: 指定文件(設備)的名稱。能夠經過冒號分割同時指定多個文件，如filename=/dev/sda:/dev/sdb。

directory: 設置filename的路徑前綴。在後面的基準測試中，採用這種方式來指定設備。

name: 指定job的名字，在命令行中表示新啓動一個job。

direct: bool類型，若是設置成true (1)，表示不使用io buffer。

ioengine: I/O引擎，如今fio支持19種ioengine。默認值是sync同步阻塞I/O，libaio是Linux的native異步I/O。關於同步異步，阻塞和非阻塞模型能夠參考文章「使用異步 I/O 大大提升應用程序的性能」。
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/

iodepth: 若是ioengine採用異步方式，該參數表示一批提交保持的io單元數。該參數可參考文章「Fio壓測工具和io隊列深度理解和誤區」。
http://blog.yufeng.info/archives/2104

rw: I/O模式，隨機讀寫，順序讀寫等等。

bs: I/O block大小，默認是4k。

size: 指定job處理的文件的大小。

numjobs: 指定job的克隆數(線程)。

time_based: 若是在runtime指定的時間還沒到時文件就被讀寫完成，將繼續重複知道runtime時間結束。

runtime: 指定在多少秒後中止進程。若是未指定該參數，fio將執行至指定的文件讀寫徹底完成。

group_reporting: 當同時指定了numjobs了時，輸出結果按組顯示。

fio參數說明

filename=/dev/sdb1   #測試文件名稱，一般選擇須要測試的盤的data目錄
direct=1             #測試過程繞過機器自帶的buffer。使測試結果更真實
rw=randwrite         #測試隨機寫的I/O
rw=randrw            #測試隨機寫和讀的I/O
bs=16k               #單次io的塊文件大小爲16k
bsrange=512-2048     #同上，提定數據塊的大小範圍
size=5G              #本次的測試文件大小爲5g，以每次4k的io進行測試
numjobs=30           #本次的測試線程爲30個
runtime=1000         #測試時間1000秒，若是不寫則一直將5g文件分4k每次寫完爲止
ioengine=psync       #io引擎使用psync方式
rwmixwrite=30        #在混合讀寫的模式下，寫佔30%
group_reporting      #關於顯示結果的，彙總每一個進程的信息

lockmem=1G           #只使用1g內存進行測試
zero_buffers         #用0初始化系統buffer
nrfiles=8            #每一個進程生成文件的數量

#順序讀
fio -filename=/dev/sda -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=read -ioengine=psync -bs=16k -size=200G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=mytest

#順序寫
fio -filename=/dev/sda -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=write -ioengine=psync -bs=16k -size=200G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=mytest

#隨機讀
fio -filename=/dev/sda -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randread -ioengine=psync -bs=16k -size=200G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=mytest

#隨機寫
fio -filename=/dev/sda -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=psync -bs=16k -size=200G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=mytest

#混合隨機讀寫
fio -filename=/dev/sda -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randrw -rwmixread=70 -ioengine=psync -bs=16k -size=200G -numjobs=30 -runtime=100 -group_reporting -name=mytest -ioscheduler=noop

#複製下面的配置內容，將directory=/path/to/test修改成你測試硬盤掛載目錄的地址，並另存爲fio.conf

[global]
ioengine=libaio
direct=1
thread=1
norandommap=1
randrepeat=0
runtime=60
ramp_time=6
size=1g
directory=/path/to/test

[read4k-rand]
stonewall
group_reporting
bs=4k
rw=randread
numjobs=8
iodepth=32

[read64k-seq]
stonewall
group_reporting
bs=64k
rw=read
numjobs=4
iodepth=8

[write4k-rand]
stonewall
group_reporting
bs=4k
rw=randwrite
numjobs=2
iodepth=4

[write64k-seq]
stonewall
group_reporting
bs=64k
rw=write
numjobs=2
iodepth=4

#測試
fio fio.conf

實際測試範例

#測試混合隨機讀寫
fio -filename=/dev/sda -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randrw -rwmixread=70 -ioengine=psync -bs=16k -size=200G -numjobs=30 -runtime=100 -group_reporting -name=mytest1

mytest1: (g=0): rw=randrw, bs=16K-16K/16K-16K/16K-16K, ioengine=psync, iodepth=1

...

mytest1: (g=0): rw=randrw, bs=16K-16K/16K-16K/16K-16K, ioengine=psync, iodepth=1

fio-2.1.2

Starting 30 threads

Jobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [18.8% done] [10192KB/3376KB/0KB /s] [637/211/0 iops] [eta 01m:22sJobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [19.8% done] [9808KB/3200KB/0KB /s] [613/200/0 iops] [eta 01m:21s]Jobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [34.7% done] [10496KB/3232KB/0KB /s] [656/202/0 iops] [eta 01m:06sJobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [35.6% done] [9680KB/3232KB/0KB /s] [605/202/0 iops] [eta 01m:05s]Jobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [37.6% done] [10016KB/2864KB/0KB /s] [626/179/0 iops] [eta 01m:03sJobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [38.6% done] [10320KB/3632KB/0KB /s] [645/227/0 iops] [eta 01m:02sJobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [39.6% done] [9744KB/3264KB/0KB /s] [609/204/0 iops] [eta 01m:01s]Jobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [63.4% done] [10224KB/3792KB/0KB /s] [639/237/0 iops] [eta 00m:37sJobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [64.4% done] [9184KB/3808KB/0KB /s] [574/238/0 iops] [eta 00m:36s]Jobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [68.3% done] [10128KB/3200KB/0KB /s] [633/200/0 iops] [eta 00m:32sJobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [69.3% done] [9872KB/3184KB/0KB /s] [617/199/0 iops] [eta 00m:31s]Jobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [71.3% done] [10528KB/2624KB/0KB /s] [658/164/0 iops] [eta 00m:29sJobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [72.3% done] [9696KB/2752KB/0KB /s] [606/172/0 iops] [eta 00m:28s]Jobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [73.3% done] [10624KB/2912KB/0KB /s] [664/182/0 iops] [eta 00m:27sJobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [74.3% done] [9312KB/2832KB/0KB /s] [582/177/0 iops] [eta 00m:26s]Jobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [95.0% done] [10128KB/3792KB/0KB /s] [633/237/0 iops] [eta 00m:05sJobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [96.0% done] [8320KB/3904KB/0KB /s] [520/244/0 iops] [eta 00m:04s]Jobs: 30 (f=30):

[mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm] [100.0% done] [9264KB/3536KB/0KB /s] [579/221/0 iops] [eta 00m:00s]

mytest1: (groupid=0, jobs=30): err= 0: pid=17792: Tue Nov 12 10:55:58 2013

  read : io=948896KB, bw=9475.1KB/s, iops=592, runt=100138msec

    clat (usec): min=67, max=796794, avg=49878.72, stdev=59636.00

     lat (usec): min=68, max=796794, avg=49879.01, stdev=59636.00

    clat percentiles (msec):

     | 1.00th=[ 4], 5.00th=[ 7], 10.00th=[ 9], 20.00th=[ 12],

     | 30.00th=[ 16], 40.00th=[ 22], 50.00th=[ 29], 60.00th=[ 39],

     | 70.00th=[ 53], 80.00th=[ 76], 90.00th=[ 120], 95.00th=[ 165],

     | 99.00th=[ 293], 99.50th=[ 351], 99.90th=[ 494], 99.95th=[ 553],

     | 99.99th=[ 701]

    bw (KB /s): min= 20, max= 967, per=3.38%, avg=320.53, stdev=116.83

  write: io=380816KB, bw=3802.1KB/s, iops=237, runt=100138msec

    clat (usec): min=64, max=120607, avg=1801.07, stdev=5409.97

     lat (usec): min=65, max=120610, avg=1803.86, stdev=5409.96

    clat percentiles (usec):

     | 1.00th=[ 69], 5.00th=[ 73], 10.00th=[ 77], 20.00th=[ 81],

     | 30.00th=[ 84], 40.00th=[ 87], 50.00th=[ 90], 60.00th=[ 113],

     | 70.00th=[ 724], 80.00th=[ 3248], 90.00th=[ 4384], 95.00th=[ 5344],

     | 99.00th=[33536], 99.50th=[41728], 99.90th=[59136], 99.95th=[68096],

     | 99.99th=[112128]

    bw (KB /s): min= 17, max= 563, per=3.52%, avg=133.68, stdev=75.04

    lat (usec) : 100=16.41%, 250=3.47%, 500=0.10%, 750=0.12%, 1000=0.23%

    lat (msec) : 2=0.86%, 4=4.57%, 10=13.39%, 20=16.08%, 50=22.27%

    lat (msec) : 100=12.87%, 250=8.49%, 500=1.08%, 750=0.06%, 1000=0.01%

  cpu : usr=0.02%, sys=0.07%, ctx=83130, majf=0, minf=7

  IO depths : 1=100.0%, 2=0.0%, 4=0.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, >=64=0.0%

     submit : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%

     complete : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%

     issued : total=r=59306/w=23801/d=0, short=r=0/w=0/d=0



Run status group 0 (all jobs):

   READ: io=948896KB, aggrb=9475KB/s, minb=9475KB/s, maxb=9475KB/s, mint=100138msec, maxt=100138msec

  WRITE: io=380816KB, aggrb=3802KB/s, minb=3802KB/s, maxb=3802KB/s, mint=100138msec, maxt=100138msec



Disk stats (read/write):

  sda: ios=59211/24192, merge=0/289, ticks=2951434/63353, in_queue=3092383, util=99.97%

測試結果如上，主要關注bw和iops結果

bw：磁盤的吞吐量，這個是順序讀寫考察的重點
iops：磁盤的每秒讀寫次數，這個是隨機讀寫考察的重點

read : io=948896KB, bw=9475.1KB/s, iops=592, runt=100138msec
write: io=380816KB, bw=3802.1KB/s, iops=237, runt=100138msec

硬盤性能指標

順序讀寫 （吞吐量，經常使用單位爲MB/s）：文件在硬盤上存儲位置是連續的。

適用場景：大文件拷貝（好比視頻音樂）。速度即便很高，對數據庫性能也沒有參考價值。

4K隨機讀寫 （IOPS，經常使用單位爲次）：在硬盤上隨機位置讀寫數據，每次4KB。

適用場景：操做系統運行、軟件運行、數據庫。

如下是使用通用I/O測試工具「fio」，並在指定數據塊大小「4K、512K」、隊列深度爲「128」的條件下，對「SAS」以及「SSD」這兩種機型磁盤進行的I/O基準性能測試所得出的測試數據。

測試數據

測試1. 順序讀/寫512K

測試2. 隨機讀/寫 4K

配置文件

塊大小：4kb / 512kb

隊列深度：128

#fio.conf配置

[global]
ioengine=libaio
iodepth=128
time_based
direct=1
thread=1
group_reporting
randrepeat=0
norandommap
numjobs=32
timeout=6000
runtime=120

[randread-4k]
rw=randread
bs=4k
filename=/dev/sdb   #注：/dev/sdb是目標測試磁盤的設備名稱
rwmixread=100
stonewall

[randwrite-4k]
rw=randwrite
bs=4k
filename=/dev/sdb
stonewall

[read-512k]
rw=read
bs=512k
filename=/dev/sdb
stonewall

[write-512k]
rw=write
bs=512k
filename=/dev/sdb
stonewall

#使用方法
shell$> fio fio.conf