磁盘性能测试工具FIO安装与使用

工具简介

定义与定位

FIO（Flexible I/O Tester）是一款开源的存储性能测试工具，支持模拟多种I/O负载模式（顺序/随机读写、混合读写等），提供详细的性能指标（IOPS、带宽、延迟等）。

优势

• 灵活性：支持13+种I/O引擎（如libaio、sync）
• 多线程/进程：可模拟高并发场景
• 精准报告：输出IOPS、吞吐量、延迟分布等数据

应用场景

• 负载模拟能力
  • 支持顺序/随机读写、混合读写（读写比例可调）
  • 提供同步/异步I/O模式（如libaio、posixaio、sync等引擎）
  • 可设定块大小、队列深度、压测时长等精细化参数
• 多维性能分析
  除基础IOPS（每秒操作数）和带宽（吞吐量）外，还可测量：
  • 延迟分布（最小/平均/最大/百分位值）
  • CPU利用率与线程调度统计
  • I/O抖动（延迟波动）等高级指标
• 跨平台与灵活性
  • 支持Linux/Windows/macOS系统
  • 可通过配置文件或命令行快速构建测试场景
  • 支持多线程/多进程并发测试，模拟真实负载压力

安装与基础用法

安装方法

# CentOS
yum install libaio-devel fio
# Ubuntu
apt install fio

命令行关键参数

参数	技术影响	典型场景示例	注意事项
--rw	决定I/O模式与数据分布： - read/write（顺序读写） - randread/randwrite（完全随机） - rw/randrw（混合读写）	SSD随机性能测试用randrw， 机械盘顺序带宽用write	混合读写需配合--rwmixread=70设置读写比例
--bs	直接影响IOPS与带宽关系： - 小块（4k）适合测IOPS - 大块（1m）适合测吞吐量	数据库用4k模拟页操作， 视频处理用1m测连续写入	需与实际业务场景块大小匹配
--iodepth	提升SSD/NVMe设备的并发能力： - 单线程队列深度 - 与numjobs配合增加总队列深度	企业级SSD建议32-64， 云硬盘建议8-16	过高可能导致超设备队列能力
--numjobs	模拟多进程并发压力： - 每个job独立线程 - 与iodepth组合计算总IOPS	数据库连接池测试用8-16， 单线程测试用1	需配合CPU核心数调整
--direct	绕过系统缓存（Buffer/Cache）： - 1: 真实设备性能测试 - 0: 允许缓存加速	存储设备裸性能必设为1， 文件系统测试可设为0	未启用会导致测试结果虚高
--ioengine	选择I/O调度引擎： - libaio（异步IO，推荐） - sync（同步阻塞） - posixaio（POSIX异步）	企业级SSD测试用libaio， 基础验证用sync	Windows系统需用windowsaio
--runtime	控制测试持续时间： - 避免无限运行 - 单位：秒	--runtime=600表示10分钟压测	需配合--time_based实现按时长运行
--size	定义每个线程的I/O数据量： - 控制测试范围 - 支持K/M/G单位	--size=10G模拟大数据处理， --size=100m快速测试	总数据量=size×numjobs
--group_reporting	合并多线程结果输出： - 显示聚合性能指标 - 隐藏单个job细节	多并发测试必加此参数	与--numjobs配合使用
--filename	指定测试目标路径： - 文件路径（如/data/testfile） - 设备路径（如/dev/nvme0n1）	裸盘测试用/dev/sdb， 文件系统测试用文件路径	直接写设备会破坏原有数据

常用测试场景

全盘顺序吞吐测试（机械硬盘/带宽验证）

fio --name=seq_write --filename=/dev/sdb --rw=write --bs=1m --direct=1 \
    --ioengine=libaio --numjobs=4 --runtime=600 --group_reporting

参数关联说明：

• --bs=1m：大块测试连续带宽上限
• --numjobs=4：多线程加速机械盘寻道瓶颈
• --runtime=600：10分钟稳定压力测试
• 强制--direct=1排除缓存干扰

数据库随机IOPS测试（SSD/OLTP场景）

fio --name=oltp_sim --filename=/mnt/ssd/testfile --rw=randrw --rwmixread=70 \
    --bs=4k --iodepth=32 --numjobs=8 --runtime=300 --direct=1 --group_reporting

关键配置解析：

• --rwmixread=70：模拟70%读+30%写的典型事务负载
• --iodepth=32+--numjobs=8：总队列深度256，匹配高并发数据库
• --filename指向挂载点：测试文件系统实际性能

云硬盘极限压力测试（队列深度验证）

fio --name=cloud_stress --rw=randread --bs=4k --iodepth=64 \
    --ioengine=libaio --numjobs=16 --time_based --runtime=1800 \
    --filename=/dev/vdc --direct=1 --output=cloud_result.json

新增优化点：

• --time_based：强制按时长运行（即使提前完成数据量）
• --output=cloud_result.json：生成结构化日志，便于自动化分析
• 持续30分钟（--runtime=1800）检测云盘性能衰减

元数据性能测试（小文件场景）

fio --name=meta_test --rw=randwrite --bs=512b --iodepth=1 \
    --numjobs=128 --direct=1 --size=8m --nrfiles=128 \
    --directory=/testdir --fsync=1 --group_reporting \
    --time_based --runtime=120

场景特殊配置：

• --bs=512b：极端小块测试inode分配效率
• --numjobs=128：高并发模拟海量小文件写入
• --size=8m：每个线程写入8MB（总数据量 8m×128=1GB，可控）
• --nrfiles=128：每个线程创建独立文件（生成128个文件）
• --directory=/testdir：指定独立目录避免文件覆盖
• --fsync=1：每次写操作后触发元数据提交
• --runtime=120：限制测试时长为2分钟，避免失控

测试结果解读

关键指标

IOPS

• 定义：每秒处理多少次I/O操作
• 示例：IOPS=11.3k 表示每秒处理11,300次读写
• 关键点：
  • 机械硬盘IOPS≈200，SSD可达数万
  • 高IOPS不一定等于高效

带宽BW

• 定义：每秒传输的数据量
• 示例：BW=43.0MiB/s 表示每秒传输43兆字节
• 换算关系：BW = IOPS × 块大小
  （如4k块达到43MiB/s需要：43×1024÷4 ≈ 11k IOPS）

延迟latency

• 分层理解：
  • slat（提交延迟）：系统处理请求的时间
  • clat（完成延迟）：设备实际处理时间
  • lat（总延迟）：slat + clat

性能分析

• 观察延迟分布（避免被平均，如99th percentile判断异常值）
• 对比不同参数（如iodepth对IOPS的影响）

注意事项

• 数据安全
  • 避免直接测试已挂载设备（使用--allow_mounted_write=1需谨慎）
  • 指定测试文件路径（如--filename=/testfile）
• 环境配置
  • 测试前清空缓存：echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
  • 使用--direct=1绕过系统缓存获取真实磁盘性能