使用 fio 测试磁盘 I/O 性能

前言

fio 是测试 IOPS 的非常好的工具，用来对硬件进行压力测试和验证，支持 13 种不同的 I/O 引擎，包括: sync,mmap, libaio, posixaio, SG v3, splice, null, network, syslet, guasi, solarisaio 等等。

简单好用的磁盘性能测试工具

更新记录

2015 年 10 月 20 日 - 初稿

阅读原文 - https://liaojiaxin158.github.io/post/fio/

扩展阅读

fio - http://freecode.com/projects/fio
云主机磁盘 I/O 基准性能测试 - https://docs.ucloud.cn/testdata/io_uhost.html
fio man - http://linux.die.net/man/1/fio

测试准备

工具：fio - Flexible IO Tester

官方网站：

http://freecode.com/projects/fio

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

注意 : 性能测试建议直接通过写裸盘的方式进行测试，会得到较为真实的数据。但直接测试裸盘会破坏文件系统结构，导致数据丢失，请在测试前确认磁盘中数据已备份。

CentOS 可以直接使用 yum 安装

#yum 安装
yum install libaio-devel fio
# 手动安装
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 分顺序读，随机读，顺序写，随机写，混合随机读写模式。

filename: 指定文件 (设备) 的名称。可以通过冒号分割同时指定多个文件，如 filename=/dev/sda:/dev/sdb。

directory: 设置 filename 的路径前缀。在后面的基准测试中，采用这种方式来指定设备。

name: 指定 job 的名字，在命令行中表示新启动一个 job。

direct: bool 类型，如果设置成 true (1)，表示不使用 io buffer。

ioengine: I/O 引擎，现在 fio 支持 19 种 ioengine。默认值是 sync 同步阻塞 I/O，libaio 是 Linux 的 native 异步 I/O。关于同步异步，阻塞和非阻塞模型可以参考文章“使用异步 I/O 大大提高应用程序的性能”。
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/

iodepth: 如果 ioengine 采用异步方式，该参数表示一批提交保持的 io 单元数。该参数可参考文章“Fio 压测工具和 io 队列深度理解和误区”。
http://blog.yufeng.info/archives/2104

rw: I/O 模式，随机读写，顺序读写等等。

bs: I/O block 大小，默认是 4k。

size: 指定 job 处理的文件的大小。

numjobs: 指定 job 的克隆数(线程)。

time_based: 如果在 runtime 指定的时间还没到时文件就被读写完成，将继续重复知道 runtime 时间结束。

runtime: 指定在多少秒后停止进程。如果未指定该参数，fio 将执行至指定的文件读写完全完成。

group_reporting: 当同时指定了 numjobs 了时，输出结果按组显示。

fio 参数说明

filename=/dev/sdb1   # 测试文件名称，通常选择需要测试的盘的 data 目录
direct=1             # 测试过程绕过机器自带的 buffer。使测试结果更真实
rw=randwrite         # 测试随机写的 I/O
rw=randrw            # 测试随机写和读的 I/O
bs=16k               # 单次 io 的块文件大小为 16k
bsrange=512-2048     # 同上，提定数据块的大小范围
size=5G              # 本次的测试文件大小为 5g，以每次 4k 的 io 进行测试
numjobs=30           # 本次的测试线程为 30 个
runtime=1000         # 测试时间 1000 秒，如果不写则一直将 5g 文件分 4k 每次写完为止
ioengine=psync       #io 引擎使用 psync 方式
rwmixwrite=30        # 在混合读写的模式下，写占 30%
group_reporting      # 关于显示结果的，汇总每个进程的信息

lockmem=1G           # 只使用 1g 内存进行测试
zero_buffers         # 用 0 初始化系统 buffer
nrfiles=8            # 每个进程生成文件的数量

# 顺序读
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

# 顺序写
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

# 随机读
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

# 随机写
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

# 混合随机读写
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

# 复制下面的配置内容，将 directory=/path/to/test 修改为你测试硬盘挂载目录的地址，并另存为 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

# 测试
fio fio.conf

实际测试范例

# 测试混合随机读写
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%

测试结果如上，主要关注 bw 和 iops 结果

bw：磁盘的吞吐量，这个是顺序读写考察的重点
iops：磁盘的每秒读写次数，这个是随机读写考察的重点

1 2	read : io=948896KB, bw=9475.1KB/s, iops=592, runt=100138msec write: io=380816KB, bw=3802.1KB/s, iops=237, runt=100138msec

硬盘性能指标

顺序读写 （吞吐量，常用单位为 MB/s）：文件在硬盘上存储位置是连续的。

适用场景：大文件拷贝（比如视频音乐）。速度即使很高，对数据库性能也没有参考价值。

4K 随机读写 （IOPS，常用单位为次）：在硬盘上随机位置读写数据，每次 4KB。

适用场景：操作系统运行、软件运行、数据库。

以下是使用通用 I/O 测试工具 “fio”，并在指定数据块大小“4K、512K”、队列深度为“128” 的条件下，对 “SAS” 以及 “SSD” 这两种机型磁盘进行的 I/O 基准性能测试所得出的测试数据。

测试数据

测试 1. 顺序读 / 写 512K

测试 2. 随机读 / 写 4K

配置文件

块大小：4kb / 512kb
队列深度：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 是目标测试磁盘的设备名称
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

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