FIO 存储性能压测

一、 FIO简介

FIO是测试IOPS的非常好的工具，用来对磁盘进行压力测试和验证。磁盘IO是检查磁盘性能的重要指标，可以按照负载情况分成照顺序读写，随机读写两大类。FIO是一个可以产生很多线程或进程并执行用户指定的特定类型I/O操作的工具，FIO的典型用途是编写和模拟的I/O负载匹配的作业文件。也就是说FIO 是一个多线程io生成工具，可以生成多种IO模式，用来测试磁盘设备的性能（也包含文件系统：如针对网络文件系统 NFS 的IO测试）。

另外还有GFIO则是FIO的图形监测工具，它提供了图形界面的参数配置，和性能监测图像。

FIO在github上的链接为 https://github.com/axboe/fio

二、 FIO安装

1. yum安装

yum -y install fio.x86_64

2. 源码安装

http://freshmeat.sourceforge.net/projects/fio 下载FIO安装包 fio-2.1.10.tar.gz
安装libaio-devel依赖包（如果是先编译了fioz，发现报错才装libaio-devel的，需要先用make clean清理编译文件后再重新编译安装FIO ）

yum -y install libaio-devel

安装gfio：基于gdk实现，是其图形界面版（可选）

yum -y install libgtk2.0-dev

./configure --enable-gfio #如果希望不支持gfio，只需去掉后面的--enable-gfio参数
make
make install

三、常用参数

filename=/dev/emcpowerb　支持文件系统或者裸设备，-filename=/dev/sda2或-filename=/dev/sdb
direct=1                 测试过程绕过机器自带的buffer，使测试结果更真实
rw=randwread             测试随机读的I/O
rw=randwrite             测试随机写的I/O
rw=randrw                测试随机混合写和读的I/O
rw=read                  测试顺序读的I/O
rw=write                 测试顺序写的I/O
rw=rw                    测试顺序混合写和读的I/O
bs=4k                    单次io的块文件大小为4k
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
runtime=1000             测试时间为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pync方式，如果要使用libaio引擎，需要yum install libaio-devel包
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
此外
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

四、常用测试场景

1. 命令行测试

100%随机，100%读，4K

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

100%随机，100%写，4K

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

100%顺序，100%读，4K

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

100%顺序，100%写，4K

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

100%随机，70%读，30%写 4K

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

2. 参数文件测试

FIO提供了不同场景的压测参数文件，修改其中配置然后直接执行即可。https://github.com/axboe/fio/tree/master/examples

fio examples/ssd-test.fio

上面这个参数文件用于测试ssd性能，参数文件内容如下：

其中每一个[]代表一个测试分组，会为每组分别进行测试（比如下面有5组）。

# Do some important numbers on SSD drives, to gauge what kind of
# performance you might get out of them.
#
# Sequential read and write speeds are tested, these are expected to be
# high. Random reads should also be fast, random writes are where crap
# drives are usually separated from the good drives.
#
# This uses a queue depth of 4. New SATA SSD's will support up to 32
# in flight commands, so it may also be interesting to increase the queue
# depth and compare. Note that most real-life usage will not see that
# large of a queue depth, so 4 is more representative of normal use.
#
[global]
bs=4k
ioengine=libaio
iodepth=4
size=10g
direct=1
runtime=60
directory=/mount-point-of-ssd
filename=ssd.test.file

[seq-read]
rw=read
stonewall

[rand-read]
rw=randread
stonewall

[seq-write]
rw=write
stonewall

[rand-write]
rw=randwrite
stonewall

下面是一个模拟MySQL数据库的压测配置文件

# QPS: 40000（10 cores)
# Dataset: 200G
# R/W: 8/2
# ThreadPool Num: 64
#  IO ThreadNum: 32
 
[global]
runtime=86400
time_based
group_reporting
directory=/your_dir
ioscheduler=deadline
refill_buffers
 
[mysql-binlog]
filename=test-mysql-bin.log
bsrange=512-1024
ioengine=sync
rw=write
size=24G
sync=1
rw=write
overwrite=1
fsync=100
rate_iops=64
invalidate=1
numjobs=64
 
[innodb-data]
filename=test-innodb.dat
bs=16K
ioengine=psync
rw=randrw
size=200G
direct=1
rwmixread=80
numjobs=32
 
thinktime=600
thinktime_spin=200
thinktime_blocks=2
 
[innodb-trxlog]
filename=test-innodb.log
bsrange=512-2048
ioengine=sync
rw=write
size=2G
fsync=1
overwrite=1
rate_iops=64
invalidate=1
numjobs=64

五、测试结果解读

测试输出结果如下

fio -ioengine=libaio -bs=4k -direct=1 -thread -rw=read -filename=/dev/sda -name="BS 4KB read test" -iodepth=16 -runtime=60

#输出
BS 4KB read test: (g=0): rw=write, bs=1M-1M/1M-1M/1M-1M, ioengine=libaio, iodepth=16
fio-2.8
Starting 1 process
Jobs: 1 (f=1): [W(1)] [100.0% done] [0KB/68198KB/0KB /s] [0/66/0 iops] [eta 00m:00s]
test: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=4676: Thu Apr  7 17:22:37 2016
  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
    slat (usec): min=51, max=5732, avg=291.11, stdev=262.47           #提交延迟
    clat (usec): min=1, max=2235.8K, avg=239043.28, stdev=153384.41   #完成延迟
     lat (usec): min=367, max=2235.9K, avg=239337.72, stdev=153389.57 #响应时间
    clat percentiles (usec):
     |  1.00th=[  221],  5.00th=[  442], 10.00th=[ 1004], 20.00th=[108032],
     | 30.00th=[228352], 40.00th=[248832], 50.00th=[257024], 60.00th=[268288],
     | 70.00th=[280576], 80.00th=[301056], 90.00th=[342016], 95.00th=[477184],
     | 99.00th=[806912], 99.50th=[864256], 99.90th=[1122304], 99.95th=[1171456],
     | 99.99th=[1646592]
    bw (KB/s): min=  170, max=204800, per=100.00%, avg=68755.07, stdev=27034.84
    lat (usec) : 2=0.01%, 4=0.13%, 50=0.06%, 100=0.26%, 250=1.04%
    lat (usec) : 500=4.53%, 750=2.61%, 1000=1.33%
    lat (msec) : 2=1.18%, 4=0.15%, 10=0.77%, 20=0.77%, 50=1.50%
    lat (msec) : 100=4.43%, 250=23.48%, 500=53.23%, 750=3.09%, 1000=1.30%
    lat (msec) : 2000=0.19%, >=2000=0.01%
  cpu          : usr=0.03%, sys=2.11%, ctx=19066, majf=0, minf=7
  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
     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提交要提交的IO数
     complete  : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.1%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%  
     issued    : total=r=0/w=20060/d=0, short=r=0/w=0/d=0, drop=r=0/w=0/d=0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=16    #IO完延迟的分布
 
Run status group 0 (all jobs):
  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)
 
Disk stats (read/write):
  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(Number of ticks we kept the disk busy), in_queue=9105836(花费在队列上的总共时间), util=100.00%(磁盘利用率)

输出参数介绍（详情参考 https://tobert.github.io/post/2014-04-17-fio-output-explained.html）

io=执行了多少M的IO
bw=平均IO带宽（吞吐量）
iops=IOPS
runt=线程运行时间
slat=提交延迟，提交该IO请求到kernel所花的时间（不包括kernel处理的时间）
clat=完成延迟, 提交该IO请求到kernel后，处理所花的时间
lat=响应时间
bw=带宽
cpu=利用率
IO depths=io队列
IO submit=单个IO提交要提交的IO数
IO complete=Like the above submit number, but for completions instead.
IO issued=The number of read/write requests issued, and how many of them were short.
IO latencies=IO完延迟的分布
io=总共执行了多少size的IO
aggrb=group总带宽
minb=最小平均带宽
maxb=最大平均带宽
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=所有group总共执行的IO数
merge=总共发生的IO合并数
ticks=Number of ticks we kept the disk busy
io_queue=花费在队列上的总共时间
util=磁盘利用率