磁盘性能测试工具：FIO

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概述

Fio（Flexible I/O Tester）是一款由 Axboe 开发的一款开源磁盘 I / O 性能测试工具，目前支持 Linux 及 Windows 平台，目前已发布的最新版本为 3.38。Fio 允许你生成许多线程或进程，执行指定的特定类型的 I / O 操作来模拟不同的 I / O 负载场景。Fio 接受多个全局参数，每个参数都由线程继承，除非提供给它们的参数覆盖了给定的设置。

主要特性

• 支持多种 I / O 引擎：fio 支持 40+ 种不同类型的 I / O 引擎，如 sync、mmap、libaio、posixaio、SG v3、splice等，这些引擎允许在不同的平台和场景下进行精确的 IO 测试。
• 灵活的配置选项：fio 提供了丰富的配置选项，可以定制各种测试模式，包括测试文件的读写模式（如随机读、随机写、顺序读、顺序写等）、块大小、测试时间、IO 队列深度等。
• 多线程支持：fio 是一个多线程的 IO 生成工具，可以生成多种 IO 模式，以测试磁盘设备的性能。
• 详细的性能报告：fio 测试结果包含了丰富的性能数据，如 IOPS、带宽、延迟等，帮助用户深入了解存储系统的性能表现。

应用场景

• 评估存储系统（如磁盘、SSD、RAID 阵列等）的 I / O 性能。
• 评估文件系统的性能。
• 测试服务器和存储设备的压力承受能力。
• 在产品发布前进行性能验证和调优。

安装 FIO

Linux 平台安装(在线安装)

# yum install fio

Linux 平台安装(源码包方式)

下载 fio 源码 / 安装包 https://github.com/axboe/fio/releases

# ./configure
# make
# make install

编译安装后，可以直接在 Linux 命令行上执行：fio - v 命令查看 Fio 是否安装成功，同时也可以判断已安装的版本是否符合预期。

# fio -v

Windows 平台安装(安装程序方式)

双击运行下载的文件即可：fio-3.38-x64.msi

所有的步骤均为默认，默认的安装路径为：C:\Program Files\fio 安装完成后，打开一个 cmd 窗口，执行：

fio -v

压测参数详解

运行 fio 通常是最简单的部分 - 你只需要将作业文件 (或作业文件) 作为参数:

$ fio [options] [jobfile] ...

基本参数

• –filename：指定测试文件的名称或路径，支持文件系统或裸设备。例如，-filename=/dev/sdb 表示测试 /dev/sdb 设备。
• –direct：是否使用 directIO，即绕过系统缓存进行测试。例如，-direct= 1 表示使用 directIO。
• –rw：指定读写模式，包括顺序读（read）、顺序写（write）、随机读（randread）、随机写（randwrite）、混合读写（randrw）等。
• –bs：单次 I / O 操作的块文件大小，单位为 KB、MB 等。例如，-bs=4k 表示块大小为 4KB。
• –size：测试文件的大小，单位为 GB、MB 等。例如，-size=5G 表示测试文件大小为 5GB。
• –numjobs：测试任务的数量，即并发测试的线程数或进程数。例如，-numjobs=30 表示启动 30 个测试任务。
• –runtime：测试时间，单位为秒。如果不指定，则测试将持续进行直到达到指定的文件大小。

高级参数

• –ioengine：指定 I / O 引擎，如 libaio（Linux 本地异步 I /O）、psync 等。例如，-ioengine=libaio。
• –iodepth：队列深度，即 I / O 请求的并发数。在异步模式下，此参数控制 CPU 可以同时发出的 I / O 请求数量。
• –rwmixwrite：在混合读写模式下，写操作所占的百分比。例如，-rwmixwrite=30 表示写操作占 30%。
• –group_reporting：汇总每个进程或线程的信息，以便更清晰地查看测试结果。
• –lockmem：限制测试过程中使用的内存量。例如，-lockmem=1g 表示只使用 1GB 内存进行测试。
• –zero_buffers：用 0 初始化系统缓冲区，以避免缓存对测试结果的影响。

使用文件指定参数

除了在命令行环境下直接制定参数外，你还可以事先准备好一个 fio 文件，用于定义任务名称和参数，然后使用 fio 直接解析此文件并执行：

文件格式和一个示例：

[global]
filename=/opt/testfile 
direct=1
size=1G
iodepth=32
runtime=60
time_based
[read]
rw=randread
bs=4k
[write]
rw=randwrite
bs=4k

然后你可以执行如下命令来执行一次磁盘 I / O 压测：

sudo fio /opt/testfile

Fio 压测实例

随机写

Linux 环境下测试 /dev/sdb 设备的随机写性能，使用 directIO，块大小为 4KB，使用默认的 I / O 引擎，测试文件大小为 5GB，并发测试线程数为 8，并生成详细的测试报告:

fio --filename=/dev/sda --direct=1 --rw=randwrite --bs=4k --size=5G --numjobs=8 --group_reporting --name=test-rand-writ

顺序读

Linux 环境下测试 /dev/sda 设备的顺序读性能，使用 directIO，块大小为 1MB，使用的 I / O 引擎为 bibaio，测试文件大小为 5GB，并发测试线程数为 8，并生成详细的测试报告:

fio --filename=/dev/sda --direct=1 --rw=read --bs=1M --size=5G -ioengine=libaio --numjobs=16 --group_reporting --name=test-seq-read

读写混合

Linux 环境下测试 /dev/sda 设备的混合读写性能，读操作占 70%，写操作占 30%，使用 directIO，块大小为 4KB，使用的 I / O 引擎为 mmap，测试文件大小为 5GB，并发测试线程数为 8，并生成详细的测试报告:

fio --filename=/dev/sda --direct=1 --rw=randrw --rwmixread=70 --bs=4k --size=5G –ioengine=psync --numjobs=8 --group_reporting --name=test-randrw

Windows 环境演示

Windows 下测试 D 分区的顺序读性能，使用 directIO，块大小为 1MB，使用的 I / O 引擎为 windowsaio，测试文件大小为 5GB，并发测试线程数为 8，并生成详细的测试报告。

fio --filename=d: --direct=1 --rw=read --bs=1M --size=5G -ioengine=windowsaio --numjobs=8 --group_reporting --name=test-seq-read

输出结果

测试结果解读

磁盘 I / O 测试的核心指标

• –read/write bandwidth: 表示读 / 写的带宽，通常以 MB/s（兆字节 / 秒）为单位。
• –iops: 表示每秒可以完成的输入 / 输出操作数。
• –lat: 表示平均延迟，即完成一个 IO 操作所需的平均时间，通常以毫秒（ms）或微秒（μs）为单位。
• –clat: 客户端延迟，从客户端发起请求到收到响应的时间。
• –slat: 服务器端延迟，服务器处理请求的时间。
• –latency (lat): 表示完成一次输入 / 输出操作所需的平均时间。单位通常是毫秒 (ms) 或微秒 (μs)。

具体测试结果中的关键部分

• –job=<job_name>: 每个作业名称，标识特定的测试配置。
• –groupid=<group_name>, 2024-10-11 22:30:00 (local), 2024-10-11 22:30:00 (UTC): 测试开始的时间戳。
• –read: 结果中通常会有读取操作的结果。
• –write: 结果中通常会有写入操作的结果。
• –bw=<value>: 表示带宽。
• –iops=<value>: 表示每秒输入 / 输出操作数。
• –bw_min=, bw_max=, bw_agg=: 分别表示最小带宽、最大带宽和聚合带宽。
• –iops_min=, iops_max=, iops_agg=: 分别表示最小 IOPS、最大 IOPS 和聚合 IOPS。
• –run_time=<value>: 表示测试运行的时间长度。
• –lat nsecnsec=<value>: 表示延迟，单位为纳秒 (ns)。
• –clat nsecnsec=<value>: 表示客户端延迟，即从客户端发出请求到接收到响应的时间
• –clat min=, clat max=, clat mean=, clat stdev=: 分别表示客户端延迟的最小值、最大值、平均值和标准差。
• –slat nsecnsec=<value>: 表示服务器端延迟，即服务器处理请求的时间。
• –slat min=, slat max=, slat mean=, slat stdev=: 分别表示服务器端延迟的最小值、最大值、平均值和标准差。
• –lat nsecnsec=<value>: 表示总的延迟，包含客户端和服务器端的延迟。
• –lat min=, lat max=, lat mean=, lat stdev=: 分别表示总延迟的最小值、最大值、平均值和标准差。