磁盘I/O测试工具-FIO

一、简介

FIO （Flexible I/O Tester）是一款功能强盛的I/O性能测试工具，用来对硬件举行压力测试和验证。通过机动的设置和丰富的下令参数，可以模仿各种复杂的I/O负载场景，资助用户全面相识存储装备的性能体现。磁盘IO是查抄磁盘性能的紧张指标，可以按照负载情况分成照序次读写，随机读写两大类。
FIO Github：https://github.com/axboe/fio
FIO 文档：https://fio.readthedocs.io/en/latest/fio_doc.html
GFIO 是 FIO 的图形监测工具，它提供了图形界面的参数设置，和性能监测图像。可自行相识：https://blog.yufeng.info/archives/tag/fio
二、安装

1. yum -y install fio
2. ​
3. # 如需使用 libaio 引擎，需安装
4. yum -y install libaio-devel

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三、常用参数

FIO 的参数非常丰富，可以根据测试需求举行机动设置。以下是一些具体的参数阐明，并已按照参数用途举行了分类：
1.测试使命相干参数

• –name=测试名称：为测试指定一个名称，方便区分差别的测试。比方：–name=mytest。假如fio --name=job1 --name=job2，创建了两个使命，共享–name=job1之前的参数。–name=job1之后的就是job2使命独有的参数
  
• –description=字符串：提供测试项目的形貌信息。
  
• –filename=测试文件路径：指定测试使用文件的相对路径大概绝对路径，没有的话会自行创建，可以是文件或裸装备。比方：–filename=/path/to/testfile
  
• –size=测试文件巨细：指定测试文件的巨细，支持K、M、G等单元。比方：–size=1G
  
• –numjobs=并发使命数：指定并发实行的使命数。比方：-–numjobs=4。每个使命都作为一个独立的线程大概历程产生（实行类似工作的历程大概线程）。每个Job(使命)开1个线程，有多少 --name 就开多少个线程。以是终极线程数 = 使命数 （–name 的数量） * --numjobs
  
• –ioengine=IO引擎：指定所使用的IO引擎，如libaio、sync等。比方：–ioengine=libaio
  
• –iodepth=io队列深度：指定IO队列的深度，默以为1。在肯定范围内越大越好，增长队列深度可以看到IOPS不会随着队列深度的增长而不绝增长，到达肯定值后会有所降落。增长队列深度，可以测试出磁盘的峰值
  
• –runtime=测试时间：指定测试的时间长度，单元可以是秒、分钟、小时。当省略单元时间，该数值以秒为单元举行表明。比方：–runtime=60s
  
• –ramp_time=预热时间：指定测试前的预热时间。设定在纪录任何性能信息之前要运行特定负载的时间。这个用来等性能稳固后，再纪录日志效果，因此可以镌汰天生稳固的效果须要的运行时间。比方：–ramp_time=5s
  
• –time_based：参数用于控制FIO的测试模式。当设置time_based时，FIO将确保测试运行指定的时间长度，纵然文件已经被完全读写或写入完成。假设你设置了runtime=60s（即测试运行60秒）而且指定了time_based，FIO将确保测试至少运行60秒，纵然在这段时间内文件已经被完全读写。在某些情况下，纵然设置了time_based，FIO也大概在到达runtime之前克制，比方当碰到错误或到达其他限定条件时
  
• –lockmem=内存巨细：指定运行时使用的内存巨细，比方 --lockmem=1g 体现只使用1g内存举行测试
  

2.读写相干参数

2.1 通例读写参数

• –rw=读写模式：
  
  
  
  • read：序次读
    
  • write：序次写
    
  • randread：随机读
    
  • randwrite：随机写
    
  • randrw：随机混淆读写（默认50%读和50%写）
    
  • trim、randtrim：仅支持Linux块装备，用于 Linux 块装备的特殊 I/O 模式
    
  
  
• –bs=块巨细：指定测试的块巨细，如–bs=4K
  
• –bsrange=块巨细范围：指定测试的块巨细范围，如–bsrange=512-2048
  
• –bssplit=字符串：指定混淆块巨细的比例，如 bssplit=4k/10:64k/50:32k/40 体现4K占10%，64K占50%，32K占40%
  
• –direct=1或0：1体现使用直接IO，绕过文件体系缓存；0体现倒霉用直接IO
  
• –rwmixwrite=数字：在混淆读写模式下，指定写的百分比，如 --rwmixwrite=20 体现写占20%
  

2.2 随机读写相干参数

这些参数影响随机读写的活动，如randrepeat、randseed、offset等，它们决定了随机IO的天生方式和位置

• randrepeat=True或False：控制随机I/O使用是否可重复，通过固定randseed值实现
  当randrepeat设置为True（或未指定，由于默认值为True）时，使用类似的randseed值（默以为137）将会产生类似的随机I/O位置序列。这意味着在多次运行具有类似randseed值的测试时，I/O使用的位置将是类似的，从而实现了可重复的随机测试。
  假如randseed被设置为一个自界说的值，那么randrepeat将主动变为False，由于每次使用差别的randseed值都会天生差别的随机I/O位置序列。
  
• randseed=数字：设置随机数天生器的种子值，用于控制随机I/O使用的位置
  随机数天生器使用种子值作为出发点来天生随机数序列。在FIO中，randseed用于控制随机I/O使用的位置。
  通过设置特定的randseed值，可以确保在多次运行测试时产生类似的随机I/O位置序列，从而实现可重复的随机测试。
  假如不指定randseed值，FIO将使用默认值（通常为137）作为种子值。
  
• offset=整数数字：指定I/O使用在文件或装备上的起始偏移量，用于控制I/O使用的起始位置
  offset是一个整数参数，可以以字节或块为单元指定。它界说了I/O使用在文件或装备上的起始位置。
  通过设置offset参数，可以控制I/O使用从文件的特定位置开始，而不是从文件的开头开始。这对于测试文件的差别部门或模仿特定的I/O模式（如序次读/写、随机读/写等）非常有用。
  

3.其他参数

• –debug：开启调试模式，输出调试信息
  
• –version：表现FIO的版本信息
  
• –output=文件名：将测试效果输出到指定文件
  
• –group_reporting：汇总每个历程的信息
  

四、常见测试场景

1.下令行测试

100%随机，100%读，4K

1. fio -filename=/dev/emcpowerb -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randread -ioengine=psync -bs=4k -size=1000G -numjobs=50 -runtime=180 -group_reporting -name=rand_100read_4k

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100%随机，100%写，4K

1. fio -filename=/dev/emcpowerb -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=psync -bs=4k -size=1000G -numjobs=50 -runtime=180 -group_reporting -name=rand_100write_4k

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100%序次，100%读，4K

1. fio -filename=/dev/emcpowerb -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=read -ioengine=psync -bs=4k -size=1000G -numjobs=50 -runtime=180 -group_reporting -name=sqe_100read_4k

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100%序次，100%写，4K

1. fio -filename=/dev/emcpowerb -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=write -ioengine=psync -bs=4k -size=1000G -numjobs=50 -runtime=180 -group_reporting -name=sqe_100write_4k

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100%随机，70%读，30%写 4K

1. fio -filename=/dev/emcpowerb -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randrw -rwmixread=70 -ioengine=psync -bs=4k -size=1000G -numjobs=50 -runtime=180 -group_reporting -name=randrw_70read_4k

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2.参数文件测试

FIO提供了差别场景的压测参数文件，修改此中设置然后直接实行即可

1. fio examples/ssd-test.fio

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上面这个参数文件用于测试ssd性能，参数文件内容如下：
此中每一个[]代表一个测试分组（global除外，global中为通用设置），会为每组分别举行测试，此中stonewall指示fio在全部指定的I/O作业（job）都完成其I/O使用之前，不会退出测试步伐。这有助于确保测试效果的完备性和正确性，特殊是在须要模仿复杂I/O负载场景时。

1. # Do some important numbers on SSD drives, to gauge what kind of
2. # performance you might get out of them.
3. #
4. # Sequential read and write speeds are tested, these are expected to be
5. # high. Random reads should also be fast, random writes are where crap
6. # drives are usually separated from the good drives.
7. #
8. # This uses a queue depth of 4. New SATA SSD's will support up to 32
9. # in flight commands, so it may also be interesting to increase the queue
10. # depth and compare. Note that most real-life usage will not see that
11. # large of a queue depth, so 4 is more representative of normal use.
12. #
13. [global]
14. bs=4k
15. ioengine=libaio
16. iodepth=4
17. size=10g
18. direct=1
19. runtime=60
20. directory=/mount-point-of-ssd
21. filename=ssd.test.file
23. [seq-read]
24. rw=read
25. stonewall
27. [rand-read]
28. rw=randread
29. stonewall
31. [seq-write]
32. rw=write
33. stonewall
35. [rand-write]
36. rw=randwrite
37. stonewall

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五、测试效果解读

1. fio -ioengine=libaio -bs=4k -direct=1 -thread -rw=read -filename=/dev/sda -name="BS 4KB read test" -iodepth=16 -runtime=60
3. #输出
4. BS 4KB read test: (g=0): rw=write, bs=1M-1M/1M-1M/1M-1M, ioengine=libaio, iodepth=16
5. fio-2.8
6. Starting 1 process
7. Jobs: 1 (f=1): [W(1)] [100.0% done] [0KB/68198KB/0KB /s] [0/66/0 iops] [eta 00m:00s]
8. test: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=4676: Thu Apr  7 17:22:37 2016
9.   write: io=20075MB, bw=68464KB/s, iops=66, runt=300255msec           #执行多少IO，平均带宽，线程运行时间
10.     slat (usec): min=51, max=5732, avg=291.11, stdev=262.47           #提交延迟
11.     clat (usec): min=1, max=2235.8K, avg=239043.28, stdev=153384.41   #完成延迟
12.      lat (usec): min=367, max=2235.9K, avg=239337.72, stdev=153389.57 #响应时间
13.     clat percentiles (usec):
14.      |  1.00th=[  221],  5.00th=[  442], 10.00th=[ 1004], 20.00th=[108032],
15.      | 30.00th=[228352], 40.00th=[248832], 50.00th=[257024], 60.00th=[268288],
16.      | 70.00th=[280576], 80.00th=[301056], 90.00th=[342016], 95.00th=[477184],
17.      | 99.00th=[806912], 99.50th=[864256], 99.90th=[1122304], 99.95th=[1171456],
18.        | 99.99th=[1646592]
19.     bw (KB/s): min=  170, max=204800, per=100.00%, avg=68755.07, stdev=27034.84
20.     lat (usec) : 2=0.01%, 4=0.13%, 50=0.06%, 100=0.26%, 250=1.04%
21.     lat (usec) : 500=4.53%, 750=2.61%, 1000=1.33%
22.     lat (msec) : 2=1.18%, 4=0.15%, 10=0.77%, 20=0.77%, 50=1.50%
23.     lat (msec) : 100=4.43%, 250=23.48%, 500=53.23%, 750=3.09%, 1000=1.30%
24.     lat (msec) : 2000=0.19%, >=2000=0.01%
25.   cpu          : usr=0.03%, sys=2.11%, ctx=19066, majf=0, minf=7
26.   IO depths    : 1=0.1%, 2=0.1%, 4=0.1%, 8=0.1%, 16=103.8%, 32=0.0%, >=64=0.0%   #io队列
27.      submit    : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%  #单个IO提交的IO数
28.      complete  : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.1%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%  
29.      issued    : total=r=0/w=20060/d=0, short=r=0/w=0/d=0, drop=r=0/w=0/d=0
30.      latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=16    #IO完延迟的分布
32. Run status group 0 (all jobs):
33.   WRITE: io=20075MB, aggrb=68464KB/s(group总带宽), minb=68464KB/s(最小平均带宽), maxb=68464KB/s(最大平均带宽), mint=300255msec(group中线程的最短运行时间), maxt=300255msec(group中线程的最长运行时间)
35. Disk stats (read/write):
36.   sda: ios=23/41769(所有group总共执行的IO数), merge=0/149(总共发生的IO合并数), ticks=706/9102766(磁盘繁忙的节拍数), in_queue=9105836(花费在队列上的总共时间), util=100.00%(磁盘利用率)

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输出参数先容（详情参考 Fio Output Explained）

• io=实行了多少M的IO
  
• bw=匀称IO带宽（吞吐量）
  
• iops=IOPS，即每秒磁盘 I/O 读写次数
  
• runt=线程运行时间
  
• slat=提交耽误，提交该IO哀求到kernel所花的时间（不包罗kernel处理惩罚的时间）
  
• clat=完成耽误, 提交该IO哀求到kernel后，处理惩罚所花的时间
  
• lat=相应时间
  
• bw=带宽
  
• cpu=使用率
  
• IO depths=io队列
  
• IO submit=单个IO提交要提交的IO数
  
• IO complete=完成的IO数
  
• IO issued=提交的IO总数、较短的IO数、抛弃的IO数
  
• IO latencies=IO完耽误的分布
  
• io=统共实行了多少size的IO
  
• aggrb=group总带宽
  
• minb=最小匀称带宽
  
• maxb=最大匀称带宽
  
• mint=group中线程的最短运行时间
  
• maxt=group中线程的最长运行时间
  
• ios=全部group统共实行的IO数
  
• merge=统共发生的IO归并数
  
• ticks=磁盘繁忙的节奏数
  
• io_queue=耗费在队列上的统共时间
  
• util=磁盘使用率
  

六、归纳

• FIO提供了丰富的参数来设置测试方案，可以根据具体需求选择得当的参数组合。
  
• 通过指定差别的读写模式、块巨细、并发使命数等参数，可以模仿差别的磁盘负载场景，以评估磁盘的性能。
  
• 在举行磁盘性能测试时，发起联合实际需求选择符合的参数举行测试，以得到正确的效果。