linux 磁盘IO测试工具：FIO (同时简要介绍dd工具测试)

来源：cnblogs　　作者：xuyaowen　　时间：2019/4/12 8:59:14　　对本文有异议

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。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。

目前主流的第三方IO测试工具有fio、iometer 和 Orion，这三种工具各有千秋，在linux 下也可以使用dd 进行简单的磁盘（文件系统）测试（文末补充）。

fio在Linux系统下使用比较方便，iometer在window系统下使用比较方便，Orion是oracle的IO测试软件，可在没有安装oracle数据库的情况下模拟oracle数据库场景的读写。

Multithreaded IO generation tool , 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）；

Description  : fio is an I/O tool that will spawn a number of threads or processes doing

             : a particular type of io action as specified by the user.  fio takes a

             : number of global parameters, each inherited by the thread unless

             : otherwise parameters given to them overriding that setting is given.

             : The typical use of fio is to write a job file matching the io load

             : one wants to simulate.

安装：

1. yum install fio
2. yum info fio

项目地址：

https://github.com/axboe/fio.git

http://git.kernel.dk/cgit/fio/

磁盘处理：

fio 用于测试磁盘性能时，测试之前需要先把要测试的磁盘卸载掉，测试完后需格式化一遍再挂载上去。

1. # 卸载磁盘
2. umount /mnt/datadir1
3. # 格式化磁盘
4. mkfs.ext4 /dev/sdd
5. # 挂载磁盘
6. mount -t ext4 /dev/sdd /mnt/datadir1
8. # 自动挂载，在里面添加该盘
9. vim /etc/fstab

FIO 工具常用方法：

1. 参数说明：
2. filename=/dev/sdb1 测试文件名称，通常选择需要测试的盘的data目录。
3. direct=1 测试过程绕过机器自带的buffer。使测试结果更真实。
4. rw=randwrite 测试随机写的I/O
5. rw=randrw 测试随机写和读的I/O
6. bs=16k 单次io的块文件大小为16k
7. bsrange=512-2048 同上，提定数据块的大小范围
8. size=5g 本次的测试文件大小为5g，以每次4k的io进行测试。
9. numjobs=30 本次的测试线程为30.
10. 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。
11. ioengine=psync io引擎使用pync方式
12. rwmixwrite=30 在混合读写的模式下，写占30%
13. group_reporting 关于显示结果的，汇总每个进程的信息。
14. 此外
15. lockmem=1g 只使用1g内存进行测试。
16. zero_buffers 用0初始化系统buffer。
17. nrfiles=8 每个进程生成文件的数量。
18. 磁盘读写常用测试点：
19. 1. Read=100% Ramdon=100% rw=randread (100%随机读)
20. 2. Read=100% Sequence=100% rw=read （100%顺序读）
21. 3. Write=100% Sequence=100% rw=write （100%顺序写）
22. 4. Write=100% Ramdon=100% rw=randwrite （100%随机写）
23. 5. Read=70% Sequence=100% rw=rw, rwmixread=70, rwmixwrite=30
24. （70%顺序读，30%顺序写）
25. 6. Read=70% Ramdon=100% rw=randrw, rwmixread=70, rwmixwrite=30
26. (70%随机读，30%随机写)

测试样例：

1. [root@docker mnt]# fio -filename=/dev/sda -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=read -ioengine=psync -bs=16k -size=20G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=yaoxu-sda

本文章，只是资料查找中的简要摘录，详细使用说明，请参考 man fio

测试结果：（其中加粗的输入日志，是我们关注的内容：磁盘的吞吐量bw，这个是顺序读写考察的重点；磁盘的每秒读写次数iops，这个是随机读写考察的重点）

1. [root@docker sda]# fio -ioengine=libaio -bs=4k -direct=1 -thread -rw=read -filename=/dev/sda -name="BS 4KB read test" -iodepth=16 -runtime=60
2. BS 4KB read test: (g=0): rw=read, bs=(R) 4096B-4096B, (W) 4096B-4096B, (T) 4096B-4096B, ioengine=libaio, iodepth=16
3. fio-3.7
4. Starting 1 thread
5. Jobs: 1 (f=1): [R(1)][100.0%][r=89.3MiB/s,w=0KiB/s][r=22.9k,w=0 IOPS][eta 00m:00s]
6. BS 4KB read test: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=18557: Thu Apr 11 13:08:11 2019
7. read: IOPS=22.7k, BW=88.5MiB/s (92.8MB/s)(5313MiB/60001msec)
8. slat (nsec): min=901, max=168330, avg=6932.34, stdev=1348.82
9. clat (usec): min=90, max=63760, avg=698.08, stdev=240.83
10. lat (usec): min=97, max=63762, avg=705.17, stdev=240.81
11. clat percentiles (usec):
12. | 1.00th=[ 619], 5.00th=[ 627], 10.00th=[ 627], 20.00th=[ 635],
13. | 30.00th=[ 635], 40.00th=[ 685], 50.00th=[ 717], 60.00th=[ 725],
14. | 70.00th=[ 725], 80.00th=[ 725], 90.00th=[ 734], 95.00th=[ 816],
15. | 99.00th=[ 1004], 99.50th=[ 1020], 99.90th=[ 1057], 99.95th=[ 1057],
16. | 99.99th=[ 1860]
17. bw ( KiB/s): min=62144, max=91552, per=100.00%, avg=90669.02, stdev=3533.77, samples=120
18. iops : min=15536, max=22888, avg=22667.27, stdev=883.44, samples=120
19. lat (usec) : 100=0.01%, 250=0.01%, 500=0.01%, 750=93.85%, 1000=5.14%
20. lat (msec) : 2=0.99%, 4=0.01%, 10=0.01%, 50=0.01%, 100=0.01%
21. cpu : usr=5.35%, sys=23.17%, ctx=1359692, majf=0, minf=17
22. IO depths : 1=0.1%, 2=0.1%, 4=0.1%, 8=0.1%, 16=100.0%, 32=0.0%, >=64=0.0%
23. submit : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
24. complete : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.1%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
25. issued rwts: total=1360097,0,0,0 short=0,0,0,0 dropped=0,0,0,0
26. latency : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=16
28. Run status group 0 (all jobs):
29. READ: bw=88.5MiB/s (92.8MB/s), 88.5MiB/s-88.5MiB/s (92.8MB/s-92.8MB/s), io=5313MiB (5571MB), run=60001-60001msec
31. Disk stats (read/write):
32. sda: ios=1357472/0, merge=70/0, ticks=949141/0, in_queue=948776, util=99.88%

io=执行了多少M的IO

bw=平均IO带宽
iops=IOPS
runt=线程运行时间
slat=提交延迟
clat=完成延迟
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

fio 有很多测试任务配置文件，在git工程 examples 文件夹中，我们可以使用命令行参数进行直接配置，也可以直接通过配置文件配置一次测试的内容。

更详细对fio输出说明请参考博文：Fio Output Explained 

IO状态监控：

进行磁盘测试的时候，我们可以使用iostat 等监控工具，查看所有磁盘当前的读写状态（fedora 系统上 sysstat-11.7.3-2.fc29.x86_64 收录了此工具）。

监控磁盘IO命令：iostat –mx 1

1. avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
2. 0.25 0.00 3.01 80.70 0.00 16.04
4. Device r/s w/s rMB/s wMB/s rrqm/s wrqm/s %rrqm %wrqm r_await w_await aqu-sz rareq-sz wareq-sz svctm %util
5. sda 13417.00 0.00 209.64 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.23 0.00 29.96 16.00 0.00 0.07 100.00

1. rrqms：每秒这个设备相关的读取请求有多少被Merge了（当系统调用需要读取数据的时候，VFS将请求发到各个FS，如果FS发现不同的读取请求读取的是相同Block的数据，FS会将这个请求合并Merge）
2. wrqm/s：每秒这个设备相关的写入请求有多少被Merge了。
3. rsec/s：The number of sectors read from the device per second.
4. wsec/s：The number of sectors written to the device per second.
5. rKB/s：The number of kilobytes read from the device per second.
6. wKB/s：The number of kilobytes written to the device per second.
7. avgrq-sz：平均请求扇区的大小,The average size (in sectors) of the requests that were issued to the device.
8. avgqu-sz：是平均请求队列的长度。毫无疑问，队列长度越短越好,The average queue length of the requests that were issued to the device.
9. await：每一个IO请求的处理的平均时间（单位是微秒毫秒）。这里可以理解为IO的响应时间，一般地系统IO响应时间应该低于5ms，如果大于10ms就比较大了。
10. 这个时间包括了队列时间和服务时间，也就是说，一般情况下，await大于svctm，它们的差值越小，则说明队列时间越短，反之差值越大，队列时间越长，说明系统出了问题。
11. svctm：表示平均每次设备I/O操作的服务时间（以毫秒为单位）。如果svctm的值与await很接近，表示几乎没有I/O等待，磁盘性能很好。
12. 如果await的值远高于svctm的值，则表示I/O队列等待太长，系统上运行的应用程序将变慢。
13. %util： 在统计时间内所有处理IO时间，除以总共统计时间。例如，如果统计间隔1秒，该设备有0.8秒在处理IO，而0.2秒闲置，那么该设备的%util = 0.8/1 = 80%，
14. 所以该参数暗示了设备的繁忙程度，一般地，如果该参数是100%表示磁盘设备已经接近满负荷运行了（当然如果是多磁盘，即使%util是100%，因为磁盘的并发能力，所以磁盘使用未必就到了瓶颈）。

View Code

dd 工具使用：

dd 也是我们经常使用到的磁盘测试工具，Linux服务器装好系统之后，想要知道硬盘的读写是否能满足服务的需要，如果不满足硬盘的IO就是服务的一个瓶颈。我们可以使用dd命令简单进行测试，更为专业的测试可以使用上面描述的fio 工具：

time有计时作用，dd用于复制，从if读出，写到of。if=/dev/zero不产生IO，因此可以用来测试纯写速度。同理of=/dev/null不产生IO，可以用来测试纯读速度。bs是每次读或写的大小，即一个块的大小，count是读写块的数量。

dd测试纯写速度：

1. [root@docker sda]# time dd if=/dev/zero of=/mnt/sda/ddout bs=8k count=1000000
2. 1000000+0 records in
3. 1000000+0 records out
4. 8192000000 bytes (8.2 GB, 7.6 GiB) copied, 43.1081 s, 190 MB/s
6. real 0m43.110s
7. user 0m0.207s
8. sys 0m3.914s

dd测试纯读速度：

1. [root@docker sda]# time dd if=/mnt/sda/ddout of=/dev/null bs=8k count=1000000
2. 1000000+0 records in
3. 1000000+0 records out
4. 8192000000 bytes (8.2 GB, 7.6 GiB) copied, 1.30322 s, 6.3 GB/s
6. real 0m1.306s
7. user 0m0.199s
8. sys 0m1.102s

dd 测试读写速度，就是读当前磁盘文件，再写入当前磁盘之中。一定程度上，复制量越大，读写的时间越长，统计的结果越准。但是测试结果信息量较少，只能作为参考量，更多读写模式和测试信息：可以使用dd 命令参数来配置：

使用conv, iflag, oflag 三个变量可以配置dd 命令的复制模块式，读取模式和写入模式；

conv 关键symbol:

1. fdatasync
2. physically write output file data before finishing
4. fsync likewise, but also write metadata

iflag, oflag 关键symbol:

1. dsync use synchronized I/O for data
3. sync likewise, but also for metadata

1. direct use direct I/O for data

dd 命令绕过系统cache:

1. 如果要规避掉文件系统cache,直接读写,不使用buffer cache，需做这样的设置
2. iflag=direct,nonblock
3. oflag=direct,nonblock

dd 命令三种经典使用方法：

dd if=/dev/zero of=test bs=64k count=16k  是不准确的，可能有数据存在内核缓存中，没有同步到磁盘上。对于关键数据应该加上fsync标识，防止关键数据丢失；

dd if=/dev/zero of=test bs=64k count=16k conv=fsync 较为稳妥，但是时间用时较长，他在dd结束前会写数据和文件元数据到磁盘；

dd if=/dev/zero of=test bs=64k count=4k oflag=dsync or sync  每写一次就写一次磁盘，在实际操作中，可以听到磁盘响声，用时较长；

更多dd 命令详细使用方法，可以参考man pages. dd 命令可以用来制作启动盘，请参见博文 linux (fedora 28) 制作启动U盘，启动盘 

参考链接：

https://www.cnblogs.com/bugutian/p/6653083.html

https://www.linuxidc.com/Linux/2017-04/143251.htm

https://github.com/axboe/fio

https://blog.csdn.net/jiecxy/article/details/58197387 （有很好的fio 输出日志注释，解释了每行输出内容的含义，建议阅读。）

https://www.cnblogs.com/raykuan/p/6914748.html

https://blog.csdn.net/feng4656/article/details/11054595

https://tobert.github.io/post/2014-04-17-fio-output-explained.html

https://github.com/axboe/fio/blob/master/HOWTO

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原文链接：http://www.cnblogs.com/xuyaowen/p/fio-usage.html