fio
概念
- IOPS：Input/Output Per Second，每秒读/写次数，单位为次(计数)
- 延迟：是指完成一次IO请求所需的时间。延迟是关注存储性能时最重要的指标。
- TPUT： 带宽也叫吞吐量，每秒的读写数据量，单位为MB/S。
- 同步IO：同步就是在一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。当IO读写过程中阻塞时，用户线程就会阻塞。
- 异步IO：异步是由内核发起读写，用户线程只需要关注IO完成后的回调，不需要参与到具体的IO之中，当IO读写阻塞时，用户线程并不阻塞，在并发测试中可以转到下一个读写,当IO队列深度大于1时可以发挥并发读写优势。
- 随机IO：假设我们所需要的数据是随机分散在磁盘的不同页的不同扇区中的，那么找到相应的数据需要等到磁臂(寻址作用)旋转到指定的页，然后再寻找到对应的扇区，才能找到我们所需要的一块数据，下次在寻找其他的数据还需要重复此过程。主要作用是针对零碎文件(病毒扫描、启动程序等)任务。这时我们主要关注IOPS指标。
- 顺序IO：假设我们已经找到了第一块数据，并且其他所需的数据就在这一块数据后边，那么就不需要重新寻址，可以依次拿到我们所需的数据。这个模式可显示最高的吞吐量。主要是针对的大容量文件读写文件性能，这时我们主要关注带宽指标。
- I0队列深度：IO驱动层一次向磁盘传递的IO请求个数。也就是同时处理多少个IO。拥有队列是有益的，因为队列中的请求可以以优化的方式（通常是并行方式）提交给存储子系统。
fio
- fio常用参数
filename=/dev/emcpowerb 支持文件系统或者裸设备，-filename=/dev/sda
direct=1 测试过程绕过机器自带的buffer，使测试结果更真实
rw=randwread 测试随机读的I/O
rw=randwrite 测试随机写的I/O
rw=randrw 测试随机混合写和读的I/O
rw=read 测试顺序读的I/O
rw=write 测试顺序写的I/O
rw=rw 测试顺序混合写和读的I/O
bs=4k 单次io的块文件大小为4k
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（同步I），如果要使用libaio引擎, 需要yum install libaio-devel包
rwmixwrite=30 在混合读写的模式下，写占30%
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。
- 磁盘读写常用测试点
1. Read=100% Ramdon=100% rw=randread (100%随机读)
2. Read=100% Sequence=100% rw=read （100%顺序读）
3. Write=100% Sequence=100% rw=write （100%顺序写）
4. Write=100% Ramdon=100% rw=randwrite （100%随机写）
5. Read=70% Sequence=100% rw=rw, rwmixread=70, rwmixwrite=30 （70%顺序读，30%顺序写）
6. Read=70% Ramdon=100% rw=randrw, rwmixread=70, rwmixwrite=30 (70%随机读，30%随机写)
- Fio输出结果说明
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 （stdev指标准差）
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 与上面的提交编号类似，但用于完成。
IO issued 发出的读/写请求的数量，以及其中有多少是短的。
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 我们保持磁盘繁忙的ticks数。
io_queue 花费在队列上的总共时间.
util 磁盘利用率
- 重点关注参数
IOPS: 每秒的输入输出量(或读写次数)，是衡量磁盘性能的主要指标之一；
Bw: 带宽；
slat 表示fio 提交到内核某个I/O的延迟；
clat 表示fio 内核完成某个I/O的延迟；
lat 表示从fio将请求提交给内核，再到内核完成这个I/O为止所需要的时间；
关系是 lat = slat + clat
usr：表示用户空间进程；
sys：表示内核空间进程；
测试
-
顺序读
fio -filename=/dev/sdb1 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=read -ioengine=psync -bs=16k -size=2G -numjobs=10 -runtime=60 -group_reporting -name=mytest -
随机写
fio -filename=/dev/sdb1 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=psync -bs=16k -size=2G -numjobs=10 -runtime=60 -group_reporting -name=mytest -
顺序写
fio -filename=/dev/sdb1 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=write -ioengine=psync -bs=16k -size=2G -numjobs=10 -runtime=60 -group_reporting -name=mytest -
混合随机读写
fio -filename=/dev/sdb1 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randrw -rwmixread=70 -ioengine=psync -bs=16k -size=2G -numjobs=10 -runtime=60 -group_reporting -name=mytest -ioscheduler=noop
- 顺序读
bs 单次io的块文件大小，我们建议可以设置为数据库的块或页大小，在真实的环境中或以调大size
我们需要得点关注的是IOPS ：3317 以及BW IO带宽是：13.0MiB/s
read: IOPS=3317, BW=13.0MiB/s (13.6MB/s)(2332MiB/180001msec)
fio -filename=/dev/sda1 -direct=1 -iodepth= 1 -rw=read -ioengine=psync -bs=4k -size=1000G -numjobs=50 -runtime=180 -group_reporting -name=sqe_100read_4k
[root@s2ahumysqlpg01 tmp]# fio -filename=/tmp/read.dat -direct=1 -iodepth 1 -rw=read -ioengine=psync -bs=4k -size=4G -numjobs=1 -runtime=180 -group_reporting -name=sqe_100read_4k
sqe_100read_4k: (g=0): rw=read, bs=(R) 4096B-4096B, (W) 4096B-4096B, (T) 4096B-4096B, ioengine=psync, iodepth=1
fio-3.29
Starting 1 process
sqe_100read_4k: Laying out IO file (1 file / 4096MiB)
Jobs: 1 (f=1): [R(1)][100.0%][r=8372KiB/s][r=2093 IOPS][eta 00m:00s]ta 00m:56s]
sqe_100read_4k: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=5685: Fri Mar 4 17:42:10 2022
read: IOPS=3317, BW=13.0MiB/s (13.6MB/s)(2332MiB/180001msec)
clat (usec): min=209, max=535634, avg=296.20, stdev=1443.62
lat (usec): min=210, max=535635, avg=297.13, stdev=1443.62
clat percentiles (usec):
| 1.00th=[ 233], 5.00th=[ 241], 10.00th=[ 243], 20.00th=[ 247],
| 30.00th=[ 251], 40.00th=[ 253], 50.00th=[ 258], 60.00th=[ 265],
| 70.00th=[ 269], 80.00th=[ 281], 90.00th=[ 302], 95.00th=[ 330],
| 99.00th=[ 627], 99.50th=[ 1074], 99.90th=[ 4817], 99.95th=[ 9896],
| 99.99th=[34866]
bw ( KiB/s): min= 32, max=15432, per=100.00%, avg=13284.66, stdev=2559.17, samples=359
iops : min= 8, max= 3858, avg=3321.16, stdev=639.79, samples=359
lat (usec) : 250=28.88%, 500=69.77%, 750=0.58%, 1000=0.21%
lat (msec) : 2=0.36%, 4=0.08%, 10=0.06%, 20=0.03%, 50=0.02%
lat (msec) : 100=0.01%, 250=0.01%, 500=0.01%, 750=0.01%
cpu : usr=3.56%, sys=7.57%, ctx=597121, majf=0, minf=14
IO depths : 1=100.0%, 2=0.0%, 4=0.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, >=64=0.0%
submit : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
complete : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
issued rwts: total=597112,0,0,0 short=0,0,0,0 dropped=0,0,0,0
latency : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=1
Run status group 0 (all jobs):
READ: bw=13.0MiB/s (13.6MB/s), 13.0MiB/s-13.0MiB/s (13.6MB/s-13.6MB/s), io=2332MiB (2446MB), run=180001-180001msec
- 随机写
-rw=randwrite ,我们启用了50个进程模拟
我们可以看到IOPS是1108 ，BW带宽只有 4434KiB/s
write: IOPS=1108, BW=4434KiB/s (4540kB/s)(781MiB/180331msec); 0 zone resets
# fio -filename=/tmp/write.dat -direct=1 -iodepth 1 -rw=randwrite -ioengine=psync -bs=4k -size=4G -numjobs=50 -runtime=180 -group_reporting -name=sqe_100write_4k
sqe_100write_4k: (g=0): rw=randwrite, bs=(R) 4096B-4096B, (W) 4096B-4096B, (T) 4096B-4096B, ioengine=psync, iodepth=1
...
fio-3.29
Starting 50 processes
sqe_100write_4k: Laying out IO file (1 file / 4096MiB)
Jobs: 50 (f=50): [w(50)][100.0%][w=3692KiB/s][w=923 IOPS][eta 00m:00s]
sqe_100write_4k: (groupid=0, jobs=50): err= 0: pid=7128: Fri Mar 4 17:54:18 2022
write: IOPS=1108, BW=4434KiB/s (4540kB/s)(781MiB/180331msec); 0 zone resets
clat (usec): min=311, max=5969.7k, avg=45097.62, stdev=236640.38
lat (usec): min=313, max=5969.7k, avg=45098.90, stdev=236640.39
clat percentiles (usec):
| 1.00th=[ 750], 5.00th=[ 1057], 10.00th=[ 1303],
| 20.00th=[ 1647], 30.00th=[ 1844], 40.00th=[ 2343],
| 50.00th=[ 3064], 60.00th=[ 3687], 70.00th=[ 4047],
| 80.00th=[ 4948], 90.00th=[ 22938], 95.00th=[ 164627],
| 99.00th=[1283458], 99.50th=[1753220], 99.90th=[2634023],
| 99.95th=[3640656], 99.99th=[5939135]
bw ( KiB/s): min= 350, max=103337, per=100.00%, avg=7568.53, stdev=265.17, samples=10555
iops : min= 50, max=25811, avg=1887.29, stdev=66.26, samples=10555
lat (usec) : 500=0.09%, 750=0.95%, 1000=3.17%
lat (msec) : 2=29.75%, 4=34.89%, 10=18.41%, 20=2.36%, 50=2.42%
lat (msec) : 100=1.74%, 250=2.29%, 500=1.44%, 750=0.83%, 1000=0.34%
lat (msec) : 2000=1.02%, >=2000=0.30%
cpu : usr=0.03%, sys=0.15%, ctx=220103, majf=0, minf=821
IO depths : 1=100.0%, 2=0.0%, 4=0.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, >=64=0.0%
submit : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
complete : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
issued rwts: total=0,199884,0,0 short=0,0,0,0 dropped=0,0,0,0
latency : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=1
Run status group 0 (all jobs):
WRITE: bw=4434KiB/s (4540kB/s), 4434KiB/s-4434KiB/s (4540kB/s-4540kB/s), io=781MiB (819MB), run=180331-180331msec
Disk stats (read/write):
sda: ios=0/218756, merge=0/1942, ticks=0/9721312, in_queue=9809977, util=100.00%
- 随机读写混合
70%随机读-rwmixread=70 ，30%随机写
从结果中我们可以看到70%随机读的IOPS 是1802 ，30%随机写是774 ，而带宽分别是7209KiB/s，3096KiB/s。
read: IOPS=1802, BW=7209KiB/s (7382kB/s)(1268MiB/180113msec)
write: IOPS=774, BW=3096KiB/s (3171kB/s)(545MiB/180113msec); 0 zone resets
# fio -filename=/tmp/read_write.dat -direct=1 -iodepth=1 -rw=randrw -rwmixread=70 -ioengine=psync -bs=4k -size=4G -numjobs=50 -runtime=180 -group_reporting -name=randrw_70read_4k
randrw_70read_4k: (g=0): rw=randrw, bs=(R) 4096B-4096B, (W) 4096B-4096B, (T) 4096B-4096B, ioengine=psync, iodepth=1
...
fio-3.29
Starting 50 processes
randrw_70read_4k: Laying out IO file (1 file / 4096MiB)
Jobs: 6 (f=6): [m(1),_(7),m(1),_(7),m(1),_(4),m(1),_(6),m(1),_(14),m(1),_(6)][2.2%][r=10.9MiB/s,w=4884KiB/s][r=2801,w=1221 IOPS][eta 02h:11m:59s]
randrw_70read_4k: (groupid=0, jobs=50): err= 0: pid=8027: Fri Mar 4 18:01:37 2022
read: IOPS=1802, BW=7209KiB/s (7382kB/s)(1268MiB/180113msec)
clat (usec): min=225, max=3503.6k, avg=18238.79, stdev=55447.72
lat (usec): min=226, max=3503.6k, avg=18239.86, stdev=55447.72
clat percentiles (usec):
| 1.00th=[ 330], 5.00th=[ 553], 10.00th=[ 635],
| 20.00th=[ 799], 30.00th=[ 1074], 40.00th=[ 1631],
| 50.00th=[ 3326], 60.00th=[ 8717], 70.00th=[ 17433],
| 80.00th=[ 28967], 90.00th=[ 47973], 95.00th=[ 69731],
| 99.00th=[ 147850], 99.50th=[ 196084], 99.90th=[ 429917],
| 99.95th=[ 859833], 99.99th=[2936013]
bw ( KiB/s): min= 350, max=25119, per=100.00%, avg=8438.00, stdev=106.40, samples=15326
iops : min= 50, max= 6272, avg=2094.52, stdev=26.64, samples=15326
write: IOPS=774, BW=3096KiB/s (3171kB/s)(545MiB/180113msec); 0 zone resets
clat (usec): min=251, max=3576.5k, avg=22074.38, stdev=134044.57
lat (usec): min=252, max=3576.5k, avg=22075.53, stdev=134044.60
clat percentiles (usec):
| 1.00th=[ 347], 5.00th=[ 537], 10.00th=[ 603],
| 20.00th=[ 709], 30.00th=[ 816], 40.00th=[ 955],
| 50.00th=[ 1188], 60.00th=[ 1565], 70.00th=[ 2311],
| 80.00th=[ 4080], 90.00th=[ 9634], 95.00th=[ 35390],
| 99.00th=[ 583009], 99.50th=[1082131], 99.90th=[1501561],
| 99.95th=[1837106], 99.99th=[3472884]
bw ( KiB/s): min= 350, max=13399, per=100.00%, avg=3753.05, stdev=51.84, samples=14762
iops : min= 50, max= 3343, avg=923.38, stdev=13.00, samples=14762
lat (usec) : 250=0.06%, 500=2.99%, 750=16.22%, 1000=12.87%
lat (msec) : 2=18.13%, 4=10.02%, 10=10.01%, 20=8.68%, 50=13.12%
lat (msec) : 100=5.06%, 250=1.98%, 500=0.44%, 750=0.11%, 1000=0.09%
lat (msec) : 2000=0.18%, >=2000=0.02%
cpu : usr=0.06%, sys=0.14%, ctx=488255, majf=0, minf=1027
IO depths : 1=100.0%, 2=0.0%, 4=0.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, >=64=0.0%
submit : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
complete : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
issued rwts: total=324593,139424,0,0 short=0,0,0,0 dropped=0,0,0,0
latency : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=1
Run status group 0 (all jobs):
READ: bw=7209KiB/s (7382kB/s), 7209KiB/s-7209KiB/s (7382kB/s-7382kB/s), io=1268MiB (1330MB), run=180113-180113msec
WRITE: bw=3096KiB/s (3171kB/s), 3096KiB/s-3096KiB/s (3171kB/s-3171kB/s), io=545MiB (571MB), run=180113-180113msec
Disk stats (read/write):
sda: ios=324721/139458, merge=0/2, ticks=5905787/3076202, in_queue=8984158, util=100.00%
fio结果分析
read : io=717120KB, bw=23915KB/s, iops=5978, runt= 29986msec
#这一行表示读
#io表示执行了多少M的io，bw表示平均io带宽,iops表示每秒的输入输出量，runt表示线程运行时间
clat (usec): min=162, max=17094, avg=1178.92, stdev=701.84
lat (usec): min=162, max=17094, avg=1179.36, stdev=702.21
clat percentiles (usec):
| 1.00th=[ 338], 5.00th=[ 462], 10.00th=[ 556], 20.00th=[ 692],
| 30.00th=[ 804], 40.00th=[ 908], 50.00th=[ 1012], 60.00th=[ 1144],
| 70.00th=[ 1304], 80.00th=[ 1528], 90.00th=[ 1960], 95.00th=[ 2384],
| 99.00th=[ 3824], 99.50th=[ 4576], 99.90th=[ 6560], 99.95th=[ 7584],
| 99.99th=[ 9920]
#io延迟包括三种：slat,clat,lat,关系是lat=slat+clat;
#slat表示fio submit某个I/O的延迟，称slat为提交延迟;
#clat表示fio complete某个I/O的延迟，称clat为提交延迟;
#lat表示从fio将请求提交给内核，再到内核完成这个I/O为止所需的相应时间,称lat为响应时间;
#usec:微妙，msec:毫秒
cpu : usr=0.17%, sys=27.06%, ctx=263958, majf=0, minf=10
#usr表示用户空间进程;
#sys表示内核空间进程;
测试过程中可以通过iostat进行监控
# iostat -d /dev/vdd -x -k 1 10
Linux 3.10.0-1160.el7.x86_64 (HLWHOST) 2024年04月24日 _x86_64_ (2 CPU)
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
vdd 0.00 0.00 0.15 0.00 3.47 1.98 72.27 0.00 1.90 0.26 63.18 0.06 0.00
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
vdd 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
vdd 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
vdd 0.00 0.00 0.00 768.00 0.00 393216.00 1024.00 3.01 3.92 0.00 3.92 0.09 6.90
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
vdd 0.00 10.00 0.00 3425.00 0.00 1703940.50 995.00 10.82 3.16 0.00 3.16 0.08 28.80
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
vdd 75.00 0.00 50577.00 0.00 810672.00 0.00 32.06 6.66 0.13 0.13 0.00 0.01 75.70
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
vdd 191.00 0.00 61584.00 0.00 988688.00 0.00 32.11 8.92 0.14 0.14 0.00 0.02 100.00
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
vdd 221.00 0.00 61714.00 0.00 991904.00 0.00 32.15 8.91 0.14 0.14 0.00 0.02 100.00
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
vdd 104.00 0.00 67142.00 0.00 1076528.00 0.00 32.07 8.69 0.13 0.13 0.00 0.01 99.70
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
vdd 150.00 0.00 66050.00 0.00 1059904.00 0.00 32.09 8.82 0.13 0.13 0.00 0.02 99.90
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）
wrqm/s：每秒这个设备相关的写入请求有多少被Merge了。
rsec/s：The number of sectors read from the device per second.
wsec/s：The number of sectors written to the device per second.
rKB/s：The number of kilobytes read from the device per second.
wKB/s：The number of kilobytes written to the device per second.
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.
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.
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。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。
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。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。
%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%，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）。
参考和转载
https://mp.weixin.qq.com/s/8sFFg92guraijP9C6oJ9GQ
https://blog.csdn.net/cyh183269855/article/details/73916667
https://blog.csdn.net/chongbin007/article/details/120918462
https://mp.weixin.qq.com/s/n4izPla6GhOe81AONLnreQ
