压力测试神器stress-ng

工欲成其事，必先善其器，CentOS 7的EPEL源包含了2个压力测试工具，一个是标准的stress, 另外一个是更强大的stress-ng，可以帮助模拟产生各种cpu压力。

安装

stress

stress参数和用法都很简单：

-c,--cpu：代表进程个数（每个进程会占用一个cpu，当超出cpu个数时，进程间会互相争用cpu）

-t，--timeout：测试时长（超出这个时间后自动退出）

-i,--io：表示调用sync()，它表示通过系统调用 sync() 来模拟 I/O 的问题；

 但这种方法实际上并不可靠，因为 sync() 的本意是刷新内存缓冲区的数据到磁盘中，以确保同步。

 如果缓冲区内本来就没多少数据，那读写到磁盘中的数据也就不多，也就没法产生 I/O 压力。

 这一点，在使用 SSD 磁盘的环境中尤为明显，很可能你的 iowait 总是 0，却单纯因为大量的系统调用，导致了系统CPU使用率 sys 升高。

 这种情况，推荐使用 stress-ng 来代替 stress。

比如, 从下面可以看出经过30秒的压力后，系统负载从0.00提升至0.57。

由于stress的压力模型非常简单，所以无法模拟任何复杂的场景，举个例子，在stress压测过程中，如果用top命令去观察，会发现所有的cpu压力都在用户态，内核态没有任何压力：

stress-ng

stress-ng完全兼容stress, 并且在此基础上通过几百个参数，可以产生各种复杂的压力, 比如：

产生2个worker做圆周率算法压力：

产生2个worker从迭代使用30多种不同的压力算法，包括pi, crc16, fft等等。

产生2个worker调用socket相关函数产生压力

产生2个worker读取tsc产生压力

除了能够产生不同类型的压力，strss-ng还可以将压力指定到特定的cpu上，比如下面的命令将压力指定到cpu 0,2,3,6：

应用场景1  CPU 密集型进程（使用CPU的进程）

使用2颗CPU
[root@nginx ~]#   stress --cpu 2 --timeout 600

[root@nginx ~]# uptime
10:33:44 up 28 min,  4 users,  load average: 1.99, 1.39, 0.81

[root@nginx ~]# mpstat -P ALL 5 1
Average:     CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
Average:     all   50.05    0.00    0.08    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   49.87
Average:       0    0.07    0.00    0.17    0.00    0.00    0.01    0.00    0.00    0.00   99.75
Average:       1  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
Average:       2  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
Average:       3    0.08    0.00    0.15    0.01    0.00    0.01    0.00    0.00    0.00   99.76

[root@nginx sysstat-12.1.5]# pidstat -u 5

1.通过uptime可以观察到，系统平均负载很高，通过mpstat观察到2个CPU使用率很高，平均负载也很高，而iowait为0，说明进程是CPU密集型的；
2.是由进程使用CPU密集导致系统平均负载变高、CPU使用率变高; 
3.可以通过pidstat查看是哪个进程导致CPU使用率较高

应用场景2  I/O 密集型进程（等待IO的进程）

对IO进行压测(使用stress观测到的iowait指标可能为0，所以使用stress-ng)
[root@nginx ~]# stress-ng -i 4 --hdd 1 --timeout 600

[root@nginx ~]# uptime
11:11:12 up  1:05,  4 users,  load average: 4.35, 4.11, 3.65

[root@nginx ~]# mpstat -P ALL 5
Average:     CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
Average:     all    0.20    0.00   13.04   38.70    0.00    1.33    0.00    0.00    0.00   46.73
Average:       0    0.07    0.00    6.63   40.96    0.00    3.72    0.00    0.00    0.00   48.62
Average:       1    0.19    0.00   20.14   26.77    0.00    0.04    0.00    0.00    0.00   52.85
Average:       2    0.27    0.00   13.81   45.15    0.00    0.88    0.00    0.00    0.00   39.89
Average:       3    0.27    0.00   11.22   42.20    0.00    0.80    0.00    0.00    0.00   45.51

[root@nginx sysstat-12.1.5]# pidstat -u 5

1.可以通过uptime观察到，系统平均负载很高，通过mpstat观察到CPU使用很低，iowait很高，一直在等待IO处理，说明此进程是IO密集型的；
2.是由进程频繁的进行IO操作，导致系统平均负载很高而CPU使用率不高的情况；

场景三：大量进程的场景（等待CPU的进程->进程间会争抢CPU）

模拟16个进程，本机是4核
[root@nginx ~]# stress -c 16 --timeout 600

[root@nginx ~]# uptime
11:23:24 up  1:18,  4 users,  load average: 15.10, 8.98, 6.04

[root@nginx ~]# mpstat -P ALL 5
Average:     CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
Average:     all   99.92    0.00    0.08    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
Average:       0   99.87    0.00    0.13    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
Average:       1   99.96    0.00    0.04    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
Average:       2   99.90    0.00    0.10    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
Average:       3   99.93    0.00    0.07    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00

[root@nginx sysstat-12.1.5]# pidstat -u 5 1
Linux 3.10.0-957.21.3.el7.x86_64 (nginx)     07/10/2019  _x86_64_    (4 CPU)

11:23:07 AM   UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
11:23:12 AM     0     23613   25.15    0.00    0.00   75.25   25.15     1  stress
11:23:12 AM     0     23614   24.95    0.00    0.00   75.45   24.95     0  stress
11:23:12 AM     0     23615   25.15    0.00    0.00   75.25   25.15     0  stress
11:23:12 AM     0     23616   24.95    0.00    0.00   74.65   24.95     0  stress
11:23:12 AM     0     23617   25.15    0.00    0.00   74.85   25.15     1  stress
11:23:12 AM     0     23618   24.75    0.00    0.00   75.25   24.75     1  stress
11:23:12 AM     0     23619   24.75    0.00    0.00   75.85   24.75     2  stress
11:23:12 AM     0     23620   24.55    0.00    0.00   75.65   24.55     2  stress
11:23:12 AM     0     23621   25.35    0.00    0.00   74.85   25.35     3  stress
11:23:12 AM     0     23622   25.35    0.00    0.00   74.45   25.35     3  stress
11:23:12 AM     0     23623   25.15    0.00    0.00   75.65   25.15     1  stress
11:23:12 AM     0     23624   25.35    0.00    0.00   74.45   25.35     3  stress
11:23:12 AM     0     23625   24.55    0.00    0.00   75.45   24.55     2  stress
11:23:12 AM     0     23626   24.95    0.00    0.00   75.45   24.95     0  stress
11:23:12 AM     0     23627   24.75    0.00    0.00   75.65   24.75     3  stress
11:23:12 AM     0     23628   24.55    0.00    0.00   75.05   24.55     2  stress
11:23:12 AM     0     23803    0.20    0.40    0.00    0.80    0.60     2  watch
11:23:12 AM     0     24022    0.00    0.20    0.00    0.00    0.20     2  pidstat

1.通过uptime观察到系统平均负载很高，通过mpstat观察到CPU使用率也很高，iowait为0，说明此进程是CPU密集型的，或者在进行CPU的争用；
2.通过pidstat -u观察到wait指标很高，则说明进程间存在CPU争用的情况，可以判断系统中存在大量的进程在等待使用CPU；
3.大量的进程，超出了CPU的计算能力，导致的系统的平均负载很高；

场景四：单进程多线程（大量线程造成上下文切换，从而造成系统负载升高）

模拟10个线程，对系统进行基准测试
[root@nginx ~]# sysbench --threads=10 --time=300 threads run

可以看到平均1分钟的系统再升高
[root@nginx ~]# uptime
16:43:41 up  6:38,  4 users,  load average: 4.82, 2.10, 0.84

可以看到sys(内核态)对CPU的使用率比较高，iowait无（表示没有进程间的争用）
[root@nginx ~]# mpstat -P ALL 5
Average:     CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
Average:     all   23.92    0.00   68.92    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    7.16
Average:       0   24.11    0.00   68.77    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    7.12
Average:       1   24.02    0.00   68.41    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    7.56
Average:       2   23.74    0.00   69.40    0.00    0.00    0.01    0.00    0.00    0.00    6.85
Average:       3   23.79    0.00   69.10    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    7.10

可以看到无进程间的上下文切换（默认是进程间的）
[root@nginx ~]# pidstat -w  3
04:45:46 PM   UID       PID   cswch/s nvcswch/s  Command
04:45:49 PM     0         9      2.67      0.00  rcu_sched
04:45:49 PM     0        11      0.33      0.00  watchdog/0
04:45:49 PM     0        12      0.33      0.00  watchdog/1
04:45:49 PM     0        14      0.67      0.00  ksoftirqd/1
04:45:49 PM     0        17      0.33      0.00  watchdog/2
04:45:49 PM     0        22      0.33      0.00  watchdog/3
04:45:49 PM     0       556     19.67      0.00  xfsaild/dm-0
04:45:49 PM     0     21287      0.33      0.00  sshd
04:45:49 PM     0     26834      1.00      0.00  kworker/u256:0
04:45:49 PM     0     30955      1.00      0.00  kworker/2:2
04:45:49 PM     0     31207      1.67      0.00  kworker/0:2
04:45:49 PM     0     31778      2.00      0.00  kworker/3:1
04:45:49 PM     0     32262      0.33      0.00  pidstat
04:45:49 PM     0     32263      1.00      0.00  kworker/1:1
04:45:49 PM     0     32350      0.33      0.00  kworker/3:0

可以看到存在大量的非自愿上下文切换（表示线程间争用引起的上下文切换，造成系统负载升高）
[root@nginx ~]# pidstat -w -t 3
04:48:35 PM   UID      TGID       TID   cswch/s nvcswch/s  Command
04:48:41 PM     0     32597         -      1.67      0.33  sysbench
04:48:41 PM     0         -     32597      1.67      0.33  |__sysbench
04:48:41 PM     0         -     32598   8932.67  63606.33  |__sysbench
04:48:41 PM     0         -     32599  10554.00  52275.33  |__sysbench
04:48:41 PM     0         -     32600  10941.00  49976.67  |__sysbench
04:48:41 PM     0         -     32601   9393.67  50796.33  |__sysbench
04:48:41 PM     0         -     32602  10196.67  50815.33  |__sysbench
04:48:41 PM     0         -     32603   9538.67  54755.00  |__sysbench
04:48:41 PM     0         -     32604  10112.33  50476.67  |__sysbench
04:48:41 PM     0         -     32605   9135.67  53922.00  |__sysbench
04:48:41 PM     0         -     32606  10506.33  55677.00  |__sysbench
04:48:41 PM     0         -     32607  10346.33  55691.67  |__sysbench