io系统的压力测试工具-fio

author：skate
time：2012/04/11

io系统的压力测试工具-fio

fio是一个非常灵活的io测试工具，他可以通过多线程或进程模拟各种io操作

随着块设备的发展，特别是SSD盘的出现，设备的并行度越来越高。要想利用好这些设备，有个诀窍就是提高设备的iodepth, 一次喂给设备更多的IO请求，让电梯算法和设备有机会来安排合并以及内部并行处理，提高总体效率。

应用程序使用IO通常有二种方式：同步和异步。 同步的IO一次只能发出一个IO请求，等待内核完成才返回，这样对于单个线程iodepth总是小于1，但是可以通过多个线程并发执行来解决，通常我们会用16-32个线程同时工作把iodepth塞满。 异步的话就是用类似libaio这样的linux native aio一次提交一批，然后等待一批的完成，减少交互的次数，会更有效率。

io队列深度通常对不同的设备很敏感，那么如何用fio来探测出合理的值呢？在fio的帮助文档里是如何解释iodepth相关参数的

iodepth=int
iodepth_batch=int
iodepth_batch_complete=int
iodepth_low=int
fsync=int
direct=bool

这几个参数在libaio的引擎下的作用，会用iodepth值来调用io_setup准备一个可以一次提交iodepth个IO的上下文，同时申请一个io请求队列用于保持IO。 在压测进行的时候，系统会生成特定的IO请求，往io请求队列里面扔，当队列里面的IO数量达到iodepth_batch值的时候，就调用io_submit批次提交请求，然后开始调用io_getevents开始收割已经完成的IO。 每次收割多少呢？由于收割的时候，超时时间设置为0，所以有多少已完成就算多少，最多可以收割iodepth_batch_complete值个。随着收割，IO队列里面的IO数就少了，那么需要补充新的IO。 什么时候补充呢？当IO数目降到iodepth_low值的时候，就重新填充，保证OS可以看到至少iodepth_low数目的io在电梯口排队着。

下载
[root@vmforDB05 tmp]# wget ftp://ftp.univie.ac.at/systems/linux/dag/redhat/el5/en/x86_64/dag/RPMS/fio-2.0.6-1.el5.rf.x86_64.rpm

安装
[root@vmforDB05 tmp]# rpm -ivh fio-2.0.6-1.el5.rf.x86_64.rpm

测试下
[root@vmforDB05 ~]# fio -filename=/dev/mapper/cachedev -direct=1 -rw=randread -bs=8k -size 1G -numjobs=8 -runtime=30 -group_reporting -name=file
file: (g=0): rw=randread, bs=8K-8K/8K-8K, ioengine=sync, iodepth=1
...
file: (g=0): rw=randread, bs=8K-8K/8K-8K, ioengine=sync, iodepth=1
fio 2.0.6
Starting 8 processes
Jobs: 1 (f=1): [____r___] [13.2% done] [200K/0K /s] [24 /0 iops] [eta 03m:30s]
file: (groupid=0, jobs=8): err= 0: pid=22052
read : io=4632.0KB, bw=156907 B/s, iops=19 , runt= 30229msec
clat (usec): min=168 , max=1585.8K, avg=409213.69, stdev=234820.76
lat (usec): min=169 , max=1585.8K, avg=409214.35, stdev=234820.77
clat percentiles (msec):
| 1.00th=[ 28], 5.00th=[ 61], 10.00th=[ 114], 20.00th=[ 200],
| 30.00th=[ 273], 40.00th=[ 334], 50.00th=[ 392], 60.00th=[ 445],
| 70.00th=[ 510], 80.00th=[ 578], 90.00th=[ 717], 95.00th=[ 816],
| 99.00th=[ 1057], 99.50th=[ 1221], 99.90th=[ 1582], 99.95th=[ 1582],
| 99.99th=[ 1582]
bw (KB/s) : min= 4, max= 202, per=12.72%, avg=19.46, stdev=13.99
lat (usec) : 250=0.17%
lat (msec) : 50=4.15%, 100=4.84%, 250=16.58%, 500=42.14%, 750=24.18%
lat (msec) : 1000=6.56%, 2000=1.38%
cpu : usr=0.03%, sys=0.09%, ctx=1102, majf=0, minf=244
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=579/w=0/d=0, short=r=0/w=0/d=0

Run status group 0 (all jobs):
READ: io=4632KB, aggrb=153KB/s, minb=156KB/s, maxb=156KB/s, mint=30229msec, maxt=30229msec

Disk stats (read/write):
dm-0: ios=578/0, merge=0/0, ticks=169684/0, in_queue=169733, util=98.95%, aggrios=0/0, aggrmerge=0/0, aggrticks=0/0, aggrin_queue=0, aggrutil=0.00%
loop0: ios=0/0, merge=0/0, ticks=0/0, in_queue=0, util=0.00%
loop1: ios=0/0, merge=0/0, ticks=0/0, in_queue=0, util=0.00%
[root@vmforDB05 ~]#

fio可以通过配置文件来配置压力测试的方式，可以用选项 --debug=io来检测fio是否工作

[root@vmforDB05 tmp]# cat fio_test
[global]
bsrange=512-2048
ioengine=libaio
userspace_reap
rw=randrw
rwmixwrite=20
time_based
runtime=180
direct=1
group_reporting
randrepeat=0
norandommap
ramp_time=6
iodepth=16
iodepth_batch=8
iodepth_low=8
iodepth_batch_complete=8
exitall
[test]
filename=/dev/mapper/cachedev
numjobs=1

常用参数说明
bsrange=512-2048 //数据块的大小范围，从512bytes到2048 bytes
ioengine=libaio //指定io引擎
userspace_reap //配合libaio，提高异步io的收割速度
rw=randrw //混合随机对写io，默认读写比例5:5
rwmixwrite=20 //在混合读写的模式下，写占20%
time_based //在runtime压力测试周期内，如果规定数据量测试完，要重复测试
runtime=180 //在180秒，压力测试将终止
direct=1 //设置非缓冲io
group_reporting //如果设置了多任务参数numjobs，用每组报告代替每job报告
randrepeat=0 //设置产生的随机数是不可重复的
norandommap
ramp_time=6
iodepth=16
iodepth_batch=8
iodepth_low=8
iodepth_batch_complete=8
exitall //一个job完成，就停止所有的
filename=/dev/mapper/cachedev //压力测试的文件名
numjobs=1 //job的默认数量，也就是并发数，默认是1
size=200G //这job总共的io大小
refill_buffers //每次提交后都重复填充io buffer
overwrite=1 //设置文件可覆盖
sync=1 //设置异步io
fsync=1 //一个io就同步数据
invalidate=1 //开始io之前就失效buffer-cache
directory=/your_dir // fielname参数值的前缀
thinktime=600 //在发布io前等待600秒
thinktime_spin=200 //消费cpu的时间，thinktime的剩余时间sleep
thinktime_blocks=2 //在thinktime之前发布的block数量

bssplit=4k/30:8k/40:16k/30 //随机读4k文件占30%、8k占40%、16k占30%
rwmixread=70 //读占70%

-------end-------