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linux 使用FIO测试磁盘iops

Linux操作系统 作者:olfisher 时间:2013-11-27 16:07:29 0 删除 编辑

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。 
fio 官网地址:http://freshmeat.net/projects/fio/ 

一,FIO安装 
wget http://brick.kernel.dk/snaps/fio-2.0.7.tar.gz 
yum install libaio-devel 
tar -zxvf fio-2.0.7.tar.gz 
cd fio-2.0.7 
make 
make install 

二,随机读测试: 
随机读: 
fio -filename=/dev/sdb1 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randread -ioengine=psync -bs=16k -size=200G 
-numjobs=10 -runtime=1000 -group_reporting -name=mytest 

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. 
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 
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。 
顺序读: 
fio -filename=/dev/sdb1 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=read -ioengine=psync -bs=16k -size=200G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=mytest 
随机写: 
fio -filename=/dev/sdb1 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=psync -bs=16k -size=200G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=mytest 
顺序写: 
fio -filename=/dev/sdb1 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=write -ioengine=psync -bs=16k -size=200G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=mytest 
混合随机读写: 
fio -filename=/dev/sdb1 -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 

三,实际测试范例: 
[root@localhost ~]# fio -filename=/dev/sdb1 -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, ioengine=psync, iodepth=1 
... 
mytest1: (g=0): rw=randrw, bs=16K-16K/16K-16K, ioengine=psync, iodepth=1 
fio 2.0.7 
Starting 30 threads 
Jobs: 1 (f=1): [________________m_____________] [3.5% done] [6935K/3116K /s] [423 /190 iops] [eta 48m:20s] s] 
mytest1: (groupid=0, jobs=30): err= 0: pid=23802 
read : io=1853.4MB, bw=18967KB/s, iops=1185 , runt=100058msec 
clat (usec): min=60 , max=871116 , avg=25227.91, stdev=31653.46 
lat (usec): min=60 , max=871117 , avg=25228.08, stdev=31653.46 
clat percentiles (msec): 
| 1.00th=[ 3], 5.00th=[ 5], 10.00th=[ 6], 20.00th=[ 8], 
| 30.00th=[ 10], 40.00th=[ 12], 50.00th=[ 15], 60.00th=[ 19], 
| 70.00th=[ 26], 80.00th=[ 37], 90.00th=[ 57], 95.00th=[ 79], 
| 99.00th=[ 151], 99.50th=[ 202], 99.90th=[ 338], 99.95th=[ 383], 
| 99.99th=[ 523] 
bw (KB/s) : min= 26, max= 1944, per=3.36%, avg=636.84, stdev=189.15 
write: io=803600KB, bw=8031.4KB/s, iops=501 , runt=100058msec 
clat (usec): min=52 , max=9302 , avg=146.25, stdev=299.17 
lat (usec): min=52 , max=9303 , avg=147.19, stdev=299.17 
clat percentiles (usec): 
| 1.00th=[ 62], 5.00th=[ 65], 10.00th=[ 68], 20.00th=[ 74], 
| 30.00th=[ 84], 40.00th=[ 87], 50.00th=[ 89], 60.00th=[ 90], 
| 70.00th=[ 92], 80.00th=[ 97], 90.00th=[ 120], 95.00th=[ 370], 
| 99.00th=[ 1688], 99.50th=[ 2128], 99.90th=[ 3088], 99.95th=[ 3696], 
| 99.99th=[ 5216] 
bw (KB/s) : min= 20, max= 1117, per=3.37%, avg=270.27, stdev=133.27 
lat (usec) : 100=24.32%, 250=3.83%, 500=0.33%, 750=0.28%, 1000=0.27% 
lat (msec) : 2=0.64%, 4=3.08%, 10=20.67%, 20=19.90%, 50=17.91% 
lat (msec) : 100=6.87%, 250=1.70%, 500=0.19%, 750=0.01%, 1000=0.01% 
cpu : usr=1.70%, sys=2.41%, ctx=5237835, majf=0, minf=6344162 
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=118612/w=50225/d=0, short=r=0/w=0/d=0 
Run status group 0 (all jobs): 
READ: io=1853.4MB, aggrb=18966KB/s, minb=18966KB/s, maxb=18966KB/s, mint=100058msec, maxt=100058msec 
WRITE: io=803600KB, aggrb=8031KB/s, minb=8031KB/s, maxb=8031KB/s, mint=100058msec, maxt=100058msec 
Disk stats (read/write): 
sdb: ios=118610/50224, merge=0/0, ticks=2991317/6860, in_queue=2998169, util=99.77% 
主要查看以上红色字体部分的iops(read/write) 



**磁盘阵列吞吐量与IOPS两大瓶颈分析**

1、吞吐量

  吞吐量主要取决于阵列的构架,光纤通道的大小(现在阵列一般都是光纤阵列,至于SCSI这样的SSA阵列,我们不讨论)以及硬盘的个数。阵列的构架与每个阵列不同而不同,他们也都存在内部带宽(类似于pc的系统总线),不过一般情况下,内部带宽都设计的很充足,不是瓶颈的所在。

  光纤通道的影响还是比较大的,如数据仓库环境中,对数据的流量要求很大,而一块2Gb的光纤卡,所77能支撑的最大流量应当是2Gb/8(小B)=250MB/s(大B)的实际流量,当4块光纤卡才能达到1GB/s的实际流量,所以数据仓库环境可以考虑换4Gb的光纤卡。

  最后说一下硬盘的限制,这里是最重要的,当前面的瓶颈不再存在的时候,就要看硬盘的个数了,我下面列一下不同的硬盘所能支撑的流量大小:

  10 K rpm 15 K rpm ATA

  ——— ——— ———

  10M/s 13M/s 8M/s

  那么,假定一个阵列有120块15K rpm的光纤硬盘,那么硬盘上最大的可以支撑的流量为120*13=1560MB/s,如果是2Gb的光纤卡,可能需要6块才能够,而4Gb的光纤卡,3-4块就够了。

2、IOPS

  决定IOPS的主要取决与阵列的算法,cache命中率,以及磁盘个数。阵列的算法因为不同的阵列不同而不同,如我们最近遇到在hds usp上面,可能因为ldev(lun)存在队列或者资源限制,而单个ldev的iops就上不去,所以,在使用这个存储之前,有必要了解这个存储的一些算法规则与限制。

  cache的命中率取决于数据的分布,cache size的大小,数据访问的规则,以及cache的算法,如果完整的讨论下来,这里将变得很复杂,可以有一天好讨论了。我这里只强调一个cache的命中率,如果一个阵列,读cache的命中率越高越好,一般表示它可以支持更多的IOPS,为什么这么说呢?这个就与我们下面要讨论的硬盘IOPS有关系了。

  硬盘的限制,每个物理硬盘能处理的IOPS是有限制的,如

  10 K rpm 15 K rpm ATA

  ——— ——— ———

  100 150 50

  同样,如果一个阵列有120块15K rpm的光纤硬盘,那么,它能撑的最大IOPS为120*150=18000,这个为硬件限制的理论值,如果超过这个值,硬盘的响应可能会变的非常缓慢而不能正常提供业务。

  在raid5与raid10上,读iops没有差别,但是,相同的业务写iops,最终落在磁盘上的iops是有差别的,而我们评估的却正是磁盘的IOPS,如果达到了磁盘的限制,性能肯定是上不去了。

  那我们假定一个case,业务的iops是10000,读cache命中率是30%,读iops为60%,写iops为40%,磁盘个数为120,那么分别计算在raid5与raid10的情况下,每个磁盘的iops为多少。

  raid5:

  单块盘的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 4 * (10000*0.4))/120

  = (4200 + 16000)/120

  = 168

  这里的10000*(1-0.3)*0.6表示是读的iops,比例是0.6,除掉cache命中,实际只有4200个iops

  而4 * (10000*0.4) 表示写的iops,因为每一个写,在raid5中,实际发生了4个io,所以写的iops为16000个

  为了考虑raid5在写操作的时候,那2个读操作也可能发生命中,所以更精确的计算为:

  单块盘的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4)*(1-0.3) + 2 * (10000*0.4))/120

  = (4200 + 5600 + 8000)/120

  = 148

  计算出来单个盘的iops为148个,基本达到磁盘极限

  raid10

  单块盘的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4))/120

  = (4200 + 8000)/120

  = 102

  可以看到,因为raid10对于一个写操作,只发生2次io,所以,同样的压力,同样的磁盘,每个盘的iops只有102个,还远远低于磁盘的极限iops。

  在一个实际的case中,一个恢复压力很大的standby(这里主要是写,而且是小io的写),采用了raid5的方案,发现性能很差,通过分析,每个磁盘的iops在高峰时期,快达到200了,导致响应速度巨慢无比。后来改造成raid10,就避免了这个性能问题,每个磁盘的iops降到100左右。

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