fio 使用总结

     近期进行存储分布式存储性能测试，选择fio进行测试性能，fio测试工具支持同步(pread/pwrite)和异步(libaio)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 
yum install fio -y

二，测试案例介绍：
##############################  同步i/o   ##################################################################3
#同步i/o、顺序读：
fio -filename=/dev/rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=read -ioengine=psync -bs=16k -size=50G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=read-psync >read-psync.txt

#同步i/o、顺序写：
fio -filename=/dev/rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=write -ioengine=psync -bs=16k -size=50G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=write-psync >write-psync.txt

#同步i/o、顺序混合读写：
fio -filename=/dev/rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=readwrite -rwmixread=50 -ioengine=psync -bs=16k -size=50G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=>rw-readwrite-psync.txt

#同步i/o、随机读： 
fio -filename=/dev/rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randread -ioengine=psync -bs=16k -size=50G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=randread-psync >randread-psync.txt

#同步i/o、随机写： 
fio -filename=/dev/rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=psync -bs=16k -size=50G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=randwrite-psync >randwrite-psync.txt

#同步i/o、随机混合读写： 
fio -filename=/dev/rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randrw -rwmixread=50 -ioengine=psync -bs=16k -size=50G -numjobs=30 -runtime=100 -group_reporting -ioscheduler=noop -name=randrw-psync >randrw-psync.txt 

##############################  异步 i/o   ##################################################################3

#异步 i/o、顺序读： 
fio -filename=/dev/rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=read -ioengine=libaio -bs=16k -size=50G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=read-libaio >read-libaio.txt

#异步 i/o、顺序写：
fio -filename=/dev/rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=write -ioengine=libaio -bs=16k -size=50G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=write-libaio >write-libaio.txt

#异步 i/o、顺序混合读写：
fio -filename=/dev/rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=readwrite -rwmixread=50 -ioengine=libaio -bs=16k -size=50G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=rw-readwrite-libaio >rw-readwrite-psync.txt

#异步 i/o、随机读： 
fio -filename=/dev/rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randread -ioengine=libaio -bs=16k -size=50G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=randread-libaio >randread-libaio.txt

#异步 i/o、随机写： 
fio -filename=/dev/rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=libaio -bs=16k -size=50G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=randwrite-libaio >randwrite-libaio.txt

#异步 i/o、随机混合读写： 
fio -filename=/dev/rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randrw -rwmixread=50 -ioengine=libaio -bs=16k -size=50G -numjobs=30 -runtime=100 -group_reporting -ioscheduler=noop -name=randrw-libaio >randrw-libaio.txt 


说明： 
filename=/dev/rbd2 测试文件名称，需要测试的盘的某目录。 
direct=1 测试过程绕过机器自带的buffer。使测试结果更真实。 
}
read 顺序读
write 顺序写
randwrite 随机写
randread 随机读
rw,readwrite 顺序混合读写
randrw 随机混合读写
}
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 
rwmixread=30  在混合读写的模式下，读占30% ，默认%50，两个参数同时使用，后者覆盖第一
rwmixwrite=30 在混合读写的模式下，写占30% ，默认%50
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。 
ioscheduler 尝试切换设备托管文件指定的I / O调度器。
psync  同步i/o测试
libaio  异步i/o测试
libaio的读写过程简单说来就是你发出一个读写请求，然后你可以开始做其他事情，当读写过程结束时libaio会通知你你的这次请求已经完成

IO引擎:

发起IO的方式。

<1>ioengine=str

定义job向文件发起IO的方式

sync 基本的read,write.lseek用来作定位

psync 基本的pread,pwrite

vsync 基本的readv,writev

libaio Linux专有的异步IO。Linux仅支持非buffered IO的队列行为。

posixaio glibc posix异步IO

solarisaio solaris独有的异步IO

windowsaio windows独有的异步IO

mmap 文件通过内存映射到用户空间，使用memcpy写入和读出数据

splice 使用splice和vmsplice在用户空间和内核之间传输数据

syslet-rw 使用syslet 系统调用来构造普通的read/write异步IO

sg SCSI generic sg v3 io.可以是使用SG_IO ioctl来同步，或是目标是一个sg字符设备，我们使用read和write执行异步IO

null 不传输任何数据，只是伪装成这样。主要用于训练使用fio，或是基本debug/test的目的。

net 根据给定的host:port通过网络传输数据。根据具体的协议，hostname,port,listen,filename这些选项将被用来说明建立哪种连接，协议选项将决定哪种协议被使用。

netsplice 像net，但是使用splic/vmsplice来映射数据和发送/接收数据。

cpuio 不传输任何的数据，但是要根据cpuload=和cpucycle=选项占用CPU周期.e.g. cpuload=85将使用job不做任何的实际IO，但要占用85%的CPU周期。在SMP机器上，使用numjobs=来获取需要的CPU，因为cpuload仅会载入单个CPU，然后占用需要的比例。

guasi GUASI IO引擎是一般的用于异步IO的用户空间异步系统调用接口

rdma RDMA I/O引擎支持RDMA内存语义（RDMA_WRITE/RDMA_READ）和通道主义(Send/Recv）用于InfiniBand,RoCE和iWARP协议

external 指明要调用一个外部的IO引擎（二进制文件）。e.g. ioengine=external:/tmp/foo.o将载入/tmp下的foo.o这个IO引擎

iodepth_low=int
Low watermark indicating when to start filling the queue again. Default: iodepth.

direct=bool
If true, use non-buffered I/O (usually O_DIRECT). Default: false.

fsync=int
How many I/Os to perform before issuing an fsync(2) of dirty data. If 0, don’t sync. Default: 0.

这几个参数在libaio的引擎下的作用，文档写的挺明白，但容我再罗嗦下IO请求的流程：

libaio引擎会用这个iodepth值来调用io_setup准备个可以一次提交iodepth个IO的上下文，同时申请个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个数达到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。

结果总结：
例如：
read : io（测试了1G的数据）=1024.0MB, bw（带宽）=139643KB/s, iops（每秒钟的IO数）=136 , runt（总运行时间）=  7509msec


ioengine.list.txt
read
write
readwrite
randread
randwrite
randrw

二，测试案例介绍：
[root@zeus-4-17 cephtest]# more fio-test.sh 
#!/bin/sh
FILENAME=/dev/rbd2
#RW=$(cat ioengine.list.txt)
PIOENGINE=psync
LIOENGINE=libaio
BS=16k
SIZE=1G
NUMJOBS=30
RUNTIME=1000
NAME=$PIOENGINE.$(date +%Y%m%d)
NAME1=$LIOENGINE.$(date +%Y%m%d)

echo "###########$(date)###########同步i/o########################################" >iotest.result.$NAME.txt
for i in $(cat ./ioengine.list.txt);do 
echo ------$i.$NAME--begin--$(date)----- >>iotest.result.$NAME.txt;
fio -filename=$FILENAME -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=$i -ioengine=$IOENGINE -bs=$BS -size=$SIZE -numjobs=$NUMJOBS -runtime=$RUNTIME -group_reporting -name=$i.$NAME >>iotest.result.$NAME.txt;
echo ------$i.$NAME--end---$(date)----- >>iotest.result.$NAME.txt;
echo "" >>iotest.result.$NAME.txt;
echo "" >>iotest.result.$NAME.txt;
done


echo "###########$(date)###########异步i/o########################################" >iotest.result.$NAME1.txt
for i in $(cat ./ioengine.list.txt);do 
echo ------$i.$NAME--begin--$(date)----- >>iotest.result.$NAME1.txt;
fio -filename=$FILENAME -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=$i -ioengine=$LIOENGINE -bs=$BS -size=$SIZE -numjobs=$NUMJOBS -runtime=$RUNTIME -group_reporting -name=$i.$NAME >>iotest.result.$NAME1.txt;
echo ------$i.$NAME--end---$(date)----- >>iotest.result.$NAME1.txt;
echo "" >>iotest.result.$NAME1.txt;
echo "" >>iotest.result.$NAME1.txt;
done



#############################################################
#以顺序读写，随机读写分类  sum_psync  sum_libaio
###以块大小分类     4k 8k ...
###以读写方式分类    read write ...

[root@zeus-4-17 caipengtao]# cat bs.txt 
4k
8k
16k
32k
64k

[root@zeus-4-17 caipengtao]# cat rw.txt 
read
write
randread
randwrite

[root@zeus-4-17 caipengtao]# cat iotest.sh 
#!/bin/sh
file='/rbdtest1/1.txt'
t=' -size=1M -numjobs=30 -runtime=5 -group_reporting '
for i in `cat bs.txt`
do
        for j in `cat rw.txt`
        do
                fio -filename=$file -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=$j -ioengine=psync -bs=$i $t -name=$i.$j >> sum_psync.txt
                echo '############################' >> sum_psync.txt
                echo '############################' >> sum_psync.txt
                rm -rf $file
        done
done

for i in `cat bs.txt`
do
      fio -filename=$file -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=readwrite -rwmixread=1 -ioengine=psync -bs=$i $t -name=$i.readwrite >>sum_psync.txt
                echo '############################' >> sum_psync.txt
                echo '############################' >> sum_psync.txt
      rm -rf $file
done

for i in `cat bs.txt`
do
      fio -filename=$file -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randrw -rwmixread=1 -ioengine=psync -bs=$i $t -name=$i.randrw >>sum_psync.txt
                echo '############################' >> sum_psync.txt
                echo '############################' >> sum_psync.txt
      rm -rf $file
done

for i in `cat bs.txt`
do
        for j in `cat rw.txt`
        do
                fio -filename=$file -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=$j -ioengine=libaio -bs=$i $t -name=$i.$j >>sum_libaio.txt
                echo '############################' >> sum_libaio.txt
                echo '############################' >> sum_libaio.txt
                rm -rf $file
        done
done


for i in `cat bs.txt`
do
fio -filename=$file -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=readwrite -rwmixread=1 -ioengine=libaio -bs=$i $t -name=$i.readwrite >>sum_libaio.txt
                echo '############################' >> sum_libaio.txt
                echo '############################' >> sum_libaio.txt
      rm -rf $file
done

for i in `cat bs.txt`
do
      fio -filename=$file -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randrw -rwmixread=1 -ioengine=libaio -bs=$i $t -name=$i.randrw >>sum_libaio.txt
                echo '############################' >> sum_libaio.txt
                echo '############################' >> sum_libaio.txt
      rm -rf $file
done

echo 'ceph iotest ok'|mail -s 'ceph test' [email protected]

参考资料：

http://elf8848.iteye.com/blog/2168876