ceph 性能测试

我在物理机上创建了5台虚拟机，搭建了一个ceph集群，结构如图：

具体的安装步骤参考文档：http://docs.ceph.org.cn/start/

http://www.centoscn.com/CentosServer/test/2015/0521/5489.html

一、磁盘读写性能

1. 单个osd磁盘写性能

[root@lrr-ceph1 osd]# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches #清除缓存页，目录项和inodes

[root@lrr-ceph1 osd]# dd if=/dev/zero of=/var/lib/ceph/osd/lrr01 bs=1G count=1 oflag=direct #执行写命令

注：两个OSD同时写性能

[root@lrr-ceph1 osd]# for i in `mount | grep osd | awk '{print $3}'`; do (dd if=/dev/zero of=$i/lrr01 bs=1G count=1 oflag=direct $) ; done

2. 单个OSD同时读性能

[root@lrr-ceph1 osd]# dd if=/var/lib/ceph/osd/lrr01 of=/dev/null bs=2G count=1 iflag=direct
0+1 records in
0+1 records out
1073741824 bytes (1.1 GB) copied, 7.13509 s, 150 MB/s

注：两个OSD同时读性能

[root@lrr-ceph1 osd]# for i in `mount | grep osd | awk '{print $3}'`; do (dd if=$i/lrr01 of=/dev/null bs=1G count=1 iflag=direct &); done

二、CEPH 性能测试方法

ceph性能的测试包括：RADOS性能测试和RBD性能测试；

Rados性能测试工具：使用ceph自带的rados bench工具、使用rados losd-gen工具；

RBD性能测试工具：rbd bench-write进行块设备写性能测试、fio+rbd ioengine测试、fio +libaio测试。

1. Rados性能测试

1.1 使用ceph自带的rados bench工具进行测试

该工具的语法是：rados bench -p <pool_name> <seconds> <write|seq|rand> -b <block size> -t --no-cleanup

pool_name：测试所针对的存储池；

seconds：测试所持续的秒数；

<write|seq|rand>：操作模式，write：写，seq：顺序读；rand：随机读；

-b：block size，即块大小，默认为 4M；

-t：读/写并行数，默认为 16；

--no-cleanup 表示测试完成后不删除测试用数据。在做读测试之前，需要使用该参数来运行一遍写测试来产生测试数据，在全部测试结束后可以运行 rados -p <pool_name> cleanup 来清理所有测试数据。

i 写测试：

[root@lrr-ceph2 ~]# rados bench -p rbd 10 write --no-cleanup
Maintaining 16 concurrent writes of 4194304 bytes to objects of size 4194304 for up to 10 seconds or 0 objects
Object prefix: benchmark_data_lrr-ceph2_4445
sec Cur ops started finished avg MB/s cur MB/s last lat(s) avg lat(s)
0 0 0 0 0 0 - 0
1 16 16 0 0 0 - 0
2 16 16 0 0 0 - 0
。。。。
17 13 19 6 1.41038 0 - 10.7886
18 13 19 6 1.33207 0 - 10.7886
19 13 19 6 1.26201 0 - 10.7886
Total time run: 19.698032
Total writes made: 19
Write size: 4194304
Object size: 4194304
Bandwidth (MB/sec): 3.85825
Stddev Bandwidth: 0.551976
Max bandwidth (MB/sec): 1.71429
Min bandwidth (MB/sec): 0
Average IOPS: 0
Stddev IOPS: 0
Max IOPS: 0
Min IOPS: 0
Average Latency(s): 15.5797
Stddev Latency(s): 5.09105
Max latency(s): 19.6971
Min latency(s): 5.51094

ii 顺序读测试：

iii 随机读测试：

1.2 rados load-gen 工具

该工具的语法为：

# rados -p rbd load-gen 
--num-objects     初始生成测试用的对象数，默认 200
--min-object-size 测试对象的最小大小，默认 1KB，单位byte 
--max-object-size 测试对象的最大大小，默认 5GB，单位byte

--min-op-len      压测IO的最小大小，默认 1KB，单位byte
--max-op-len      压测IO的最大大小，默认 2MB，单位byte
--max-ops         一次提交的最大IO数，相当于iodepth
--target-throughput 一次提交IO的历史累计吞吐量上限，默认 5MB/s，单位B/s
--max-backlog     一次提交IO的吞吐量上限，默认10MB/s，单位B/s
--read-percent    读写混合中读的比例，默认80，范围[0, 100]

--run-length      运行的时间，默认60s，单位秒

在 ceph1上运行

 rados -p pool100 load-gen --read-percent 0 --min-object-size 1073741824 --max-object-size 1073741824 --max-ops 1 --read-percent 0 --min-op-len 4194304 --max-op-len 4194304 --target-throughput 1073741824 --max_backlog 1073741824

的结果为：

WRITE : oid=obj-y0UPAZyRQNhnabq off=929764660 len=4194304
op 19 completed, throughput=16MB/sec
WRITE : oid=obj-nPcOZAc4ebBcnyN off=143211384 len=4194304
op 20 completed, throughput=20MB/sec
WRITE : oid=obj-sWGUAzzASPjCcwF off=343875215 len=4194304
op 21 completed, throughput=24MB/sec
WRITE : oid=obj-79r25fxxSMgVm11 off=383617425 len=4194304
op 22 completed, throughput=28MB/sec

该命令的含义是：在 1G 的对象上，以 iodepth = 1 顺序写入 block size 为 4M 的总量为 1G 的数据。其平均结果大概在 24MB/s，基本和 rados bench 的结果相当。

在 client 上，同样的配置，顺序写的BW大概在 20MB/s，顺序读的 BW 大概在 100 MB/s。

可见，与 rados bench 相比，rados load-gen 的特点是可以产生混合类型的测试负载，而 rados bench 只能产生一种类型的负载。但是 load-gen 只能输出吞吐量，只合适做类似于 4M 这样的大block size 数据测试，输出还不包括延迟。

2 rbd性能测试

2.1 使用rbd bench-write 进行块设备写性能测试

2.1.1 客户端准备

在执行如下命令来准备 Ceph 客户端：

root@client:/var# rbd create bd2 --size 1024
root@client:/var# rbd info --image bd2
rbd image 'bd2':
        size 1024 MB in 256 objects
        order 22 (4096 kB objects)
        block_name_prefix: rb.0.3841.74b0dc51
        format: 1
root@client:/var# rbd map bd2
root@client:/var# rbd showmapped
id pool  image snap device
1  pool1 bd1   -    /dev/rbd1
2  rbd   bd2   -    /dev/rbd2
root@client:/var# mkfs.xfs /dev/rbd2
log stripe unit (4194304 bytes) is too large (maximum is 256KiB)
log stripe unit adjusted to 32KiB
meta-data=/dev/rbd2              isize=256    agcount=9, agsize=31744 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=0
data     =                       bsize=4096   blocks=262144, imaxpct=25
         =                       sunit=1024   swidth=1024 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=8 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
root@client:/var# mkdir -p /mnt/ceph-bd2
root@client:/var# mount /dev/rbd2 /mnt/ceph-bd2/
root@client:/var# df -h /mnt/ceph-bd2/
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/rbd2      1014M   33M  982M   4% /mnt/ceph-bd2

2.1.2 测试

rbd bench-write 的语法为：rbd bench-write <RBD image name>，可以带如下参数：

--io-size：单位 byte，默认 4096 bytes = 4K
--io-threads：线程数，默认 16
--io-total：总写入字节，单位为字节，默认 1024M
--io-pattern <seq|rand>：写模式，默认为 seq 即顺序写

分别在集群 OSD 节点上和客户端上做测试：

（1）在 OSD 节点上做测试

root@ceph1:~# rbd bench-write bd2 --io-total 171997300
bench-write  io_size 4096 io_threads 16 bytes 171997300 pattern seq
  SEC       OPS   OPS/SEC   BYTES/SEC
    1       280    273.19  2237969.65
    2       574    286.84  2349818.65
...
   71     20456    288.00  2358395.28
   72     20763    288.29  2360852.64
elapsed:    72  ops:    21011  ops/sec:   288.75  bytes/sec: 2363740.27

此时，块大小为 4k，IOPS 为 289，BW 为 2.36 MB/s （怎么 BW 是 block_size * IOPS 的两倍呢？）。

（2）在客户端上做测试

root@client:/home/s1# rbd bench-write pool.host/image.ph2  --io-total 1719973000 --io-size 4096000
bench-write  io_size 4096000 io_threads 16 bytes 1719973000 pattern seq
  SEC       OPS   OPS/SEC   BYTES/SEC
    1         5      3.41  27937685.86
    2        19      9.04  68193147.96
    3        28      8.34  62237889.75
    5        36      6.29  46538807.31
...
   39       232      5.86  40792216.64
   40       235      5.85  40666942.19
elapsed:    41  ops:      253  ops/sec:     6.06  bytes/sec: 41238190.87

此时 block size 为 4M，IOPS 为 6， BW 为 41.24 MB/s。

root@client:/home/s1# rbd bench-write pool.host/image.ph2  --io-total 1719973000
bench-write  io_size 4096 io_threads 16 bytes 1719973000 pattern seq
  SEC       OPS   OPS/SEC   BYTES/SEC
    1       331    329.52  2585220.17
    2       660    329.57  2521925.67
    3      1004    333.17  2426190.82
    4      1331    332.26  2392607.58
    5      1646    328.68  2322829.13
    6      1986    330.88  2316098.66

此时 block size 为 4K，IOPS 为 330 左右， BW 为 24 MB/s 左右。

备注：从 rbd bench-write vs dd performance confusion 中看起来，rados bench-write 似乎有bug。我所使用的Ceph 是0.80.11 版本，可能补丁还没有合进来。

2 使用fio+rbd ioengine

运行 apt-get install fio 来安装 fio 工具。创建 fio 配置文件：

root@client:/home/s1# cat write.fio
[write-4M]
description="write test with block size of 4M"
ioengine=rbd
clientname=admin
pool=rbd
rbdname=bd2
iodepth=32
runtime=120
rw=write #write 表示顺序写，randwrite 表示随机写，read 表示顺序读，randread 表示随机读
bs=4M

运行 fio 命令，但是出错：

root@client:/home/s1# fio write.fio
fio: engine rbd not loadable
fio: failed to load engine rbd
Bad option <clientname=admin>
Bad option <pool=rbd>
Bad option <rbdname=bd2>
fio: job write-4M dropped
fio: file:ioengines.c:99, func=dlopen, error=rbd: cannot open shared object file: No such file or directory

其原因是因为没有安装 fio librbd IO 引擎，因此当前 fio 无法支持 rbd ioengine：

root@client:/home/s1# fio --enghelp
Available IO engines:
        cpuio
        mmap
        sync
        psync
        vsync
        pvsync
        null
        net
        netsplice
        libaio
        rdma
        posixaio
        falloc
        e4defrag
        splice
        sg
        binject

在运行 apt-get install librbd-dev 命令安装 librbd 后，fio 还是报同样的错误。参考网上资料，下载 fio 代码重新编译 fio：

$ git clone git://git.kernel.dk/fio.git
$ cd fio
$ ./configure
[...]
Rados Block Device engine     yes
[...]
$ make

此时 fio 的 ioengine 列表中也有 rbd 了。fio 使用 rbd IO 引擎后，它会读取 ceph.conf 中的配置去连接 Ceph 集群。

下面是 fio 命令和结果：

root@client:/home/s1/fio# ./fio ../write.fio
write-4M: (g=0): rw=write, bs=4M-4M/4M-4M/4M-4M, ioengine=rbd, iodepth=32
fio-2.11-12-g82e6
Starting 1 process
rbd engine: RBD version: 0.1.8
Jobs: 1 (f=1): [W(1)] [100.0% done] [0KB/128.0MB/0KB /s] [0/32/0 iops] [eta 00m:00s]
write-4M: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=19190: Sat Jun  4 22:30:00 2016
  Description  : ["write test with block size of 4M"]
  write: io=1024.0MB, bw=17397KB/s, iops=4, runt= 60275msec
    slat (usec): min=129, max=54100, avg=1489.10, stdev=4907.83
    clat (msec): min=969, max=15690, avg=7399.86, stdev=1328.55
     lat (msec): min=969, max=15696, avg=7401.35, stdev=1328.67
    clat percentiles (msec):
     |  1.00th=[  971],  5.00th=[ 6325], 10.00th=[ 6325], 20.00th=[ 6521],
     | 30.00th=[ 6718], 40.00th=[ 7439], 50.00th=[ 7439], 60.00th=[ 7635],
     | 70.00th=[ 7832], 80.00th=[ 8291], 90.00th=[ 8356], 95.00th=[ 8356],
     | 99.00th=[14615], 99.50th=[15664], 99.90th=[15664], 99.95th=[15664],
     | 99.99th=[15664]
    bw (KB  /s): min=245760, max=262669, per=100.00%, avg=259334.50, stdev=6250.72
    lat (msec) : 1000=1.17%, >=2000=98.83%
  cpu          : usr=0.24%, sys=0.03%, ctx=50, majf=0, minf=8
  IO depths    : 1=2.3%, 2=5.5%, 4=12.5%, 8=25.0%, 16=50.4%, 32=4.3%, >=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=97.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=3.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     issued    : total=r=0/w=256/d=0, short=r=0/w=0/d=0, drop=r=0/w=0/d=0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=32

Run status group 0 (all jobs):
  WRITE: io=1024.0MB, aggrb=17396KB/s, minb=17396KB/s, maxb=17396KB/s, mint=60275msec, maxt=60275msec

Disk stats (read/write):
  sda: ios=0/162, merge=0/123, ticks=0/19472, in_queue=19472, util=6.18%

如果 iodepth = 1 的话，结果是：

root@client:/home/s1# fio/fio write.fio.dep1
write-4M: (g=0): rw=write, bs=4M-4M/4M-4M/4M-4M, ioengine=rbd, iodepth=1
fio-2.11-12-g82e6
Starting 1 process
rbd engine: RBD version: 0.1.8
Jobs: 1 (f=1): [W(1)] [100.0% done] [0KB/8192KB/0KB /s] [0/2/0 iops] [eta 00m:00s]
write-4M: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=19250: Sat Jun  4 22:33:11 2016
  Description  : ["write test with block size of 4M"]
  write: io=1024.0MB, bw=20640KB/s, iops=5, runt= 50802msec


3 使用fio+libaio进行测试

libaio 是 Linux native asynchronous I/O。

几种测试模式：

随机写：

fio/fio -filename=/mnt/ceph-rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=libaio -bs=4M -size=1G -numjobs=1 -runtime=120 -group_reporting -name=read-libaio

这些参数的含义是：

filename：表示待测试的设备名称。

iodepth： libaio 会用这个 iodepth 值来调用 io_setup 准备个可以一次提交 iodepth 个 IO 的上下文，同时申请个io请求队列用于保持IO。

iodepth_batch：在压测进行的时候，系统会生成特定的IO请求，往io请求队列里面扔，当队列里面的IO个数达到 iodepth_batch 值的时候，

iodepth_batch_complete 和 iodepth_low：调用 io_submit 批次提交请求，然后开始调用 io_getevents 开始收割已经完成的IO。每次收割多少呢？由于收割的时候，超时时间设置为0，所以有多少已完成就算多少，最多可以收割 iodepth_batch_complete 值个。随着收割，IO队列里面的IO数就少了，那么需要补充新的IO。什么时候补充呢？当IO数目降到 iodepth_low 值的时候，就重新填充，保证 OS 可以看到至少 iodepth_low 数目的io在电梯口排队着。

root@client:/home/s1# fio/fio -filename=/mnt/ceph-rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=libaio -bs=4M -size=1G -numjobs=1 -runtime=120 -group_reporting -name=read-libaio read-libaio: (g=0): rw=randwrite, bs=4M-4M/4M-4M/4M-4M, ioengine=libaio, iodepth=1
fio-2.11-12-g82e6
Starting 1 thread
Jobs: 1 (f=1): [w(1)] [100.0% done] [0KB/94302KB/0KB /s] [0/23/0 iops] [eta 00m:00s]
read-libaio: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=20256: Sun Jun  5 10:00:55 2016
  write: io=1024.0MB, bw=102510KB/s, iops=25, runt= 10229msec
    slat (usec): min=342, max=5202, avg=1768.90, stdev=1176.00
    clat (usec): min=332, max=165391, avg=38165.11, stdev=27987.64
     lat (msec): min=3, max=167, avg=39.94, stdev=28.00
    clat percentiles (msec):
     |  1.00th=[    8],  5.00th=[   18], 10.00th=[   19], 20.00th=[   20],
     | 30.00th=[   22], 40.00th=[   25], 50.00th=[   29], 60.00th=[   31],
     | 70.00th=[   36], 80.00th=[   47], 90.00th=[   83], 95.00th=[  105],
     | 99.00th=[  123], 99.50th=[  131], 99.90th=[  165], 99.95th=[  165],
     | 99.99th=[  165]
    bw (KB  /s): min=32702, max=172032, per=97.55%, avg=99999.10, stdev=36075.23
    lat (usec) : 500=0.39%
    lat (msec) : 4=0.39%, 10=0.39%, 20=21.48%, 50=57.81%, 100=14.45%
    lat (msec) : 250=5.08%
  cpu          : usr=0.62%, sys=3.65%, ctx=316, majf=0, minf=9
  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    : total=r=0/w=256/d=0, short=r=0/w=0/d=0, drop=r=0/w=0/d=0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=1

Run status group 0 (all jobs):
  WRITE: io=1024.0MB, aggrb=102510KB/s, minb=102510KB/s, maxb=102510KB/s, mint=10229msec, maxt=10229msec

Disk stats (read/write):
  sda: ios=0/1927, merge=0/1, ticks=0/30276, in_queue=30420, util=98.71%

随机读：fio/fio -filename=/mnt/ceph-rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randread -ioengine=libaio -bs=4M -size=1G -numjobs=1 -runtime=120 -

group_reporting -name=read-libaio

顺序写：fio/fio -filename=/mnt/ceph-rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=write -ioengine=libaio -bs=4M -size=1G -numjobs=1 -runtime=120 -group_reporting -name=read-libaio

随机写：fio/fio -filename=/mnt/ceph-rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=libaio -bs=4M -size=1G -numjobs=1 -runtime=120 -group_reporting -name=read-libaio

三、总结

1 测试工具小结

工具	用途	语法	说明
dd	磁盘读写性能测试	dd if=/dev/zero of=/root/testfile bs=1G count=1 oflag=direct/dsync/sync	https://www.thomas-krenn.com/en/wiki/Linux_I/O_Performance_Tests_using_dd
iperf	网络带宽性能测试		https://iperf.fr/
rados bench	RADOS 性能测试工具	rados bench -p <pool_name> <seconds> <write\|seq\|rand> -b <block size> -t --no-cleanup	Ceph 自带的 RADOS 性能测试工具
rados load-gen	RADOS 性能测试工具	# rados -p rbd load-gen --num-objects #产生的对象数目 --min-object-size #最小对象大小 --max-object-size #最大对象大小 --max-ops #最大操作数目 --min-op-len #最小操作长度 --max-op-len #最大操作长度 --read-percent #读操作的百分比 --target-throughput #目标吞吐量，单位 MB --run-length #运行时长，单位秒	Ceph 自带的 rados 性能测试工具可在集群内产生指定类型的负载比 rados bench 功能丰富，能指定更多的参数
rbd bench-write	ceph 自带的 rbd 性能测试工具	rbd bench-write <RBD image name> --io-size：单位 byte，默认 4M --io-threads：线程数，默认 16 --io-total：总写入字节，默认 1024M --io-pattern <seq\|rand>：写模式，默认为 seq 即顺序写	只能对块设备做写测试
fio + rbd ioengine	fio 结合 rbd IO 引擎的性能测试工具	参考 fio --help	Linux 平台上做 IO 性能测试的瑞士军刀可以对使用内核内 rbd 和用户空间 librados 进行比较标准规则 - 顺序和随机 IO 块大小 - 4k，16k，64k，256k 模式 - 读和写支持混合模式
fio + libaio	fio 结合 linux aio 的 rbd 性能测试	参考 fio --help

2 测试结果比较

所使用的命令：

- rbd bench-write pool.host/image.ph2 --io-total 1719973000 --io-size 4096000 --io-threads 1 --io-pattern rand/seq
- rados -p pool.host bench 20 write -t 1 --no-cleanup
- rados -p pool100 load-gen --read-percent 0 --min-object-size 1073741824 --max-object-size 1073741824 --max-ops 1 --read-percent 0/100 --min-op-len 4194304 --max-op-len 4194304 --target-throughput 1073741824 --max_backlog 1073741824
- ceph tell osd.0 bench
- fio/fio -filename=/dev/rbd4 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=write/read/randwrite/randread -ioengine=libaio -bs=4M -size=1G -numjobs=1 -runtime=1800 -group_reporting -name=read-libaio

结果（仅在作者的测试环境的客户端节点上运行以上命令的输出）：

操作	dd 一个 OSD	dd 两个 OSD	rados load-gen	rados bench	rbd bench-write	ceph tell osd.0 bench	fio + rbd	fio + libaio
顺序写	165	18	18	18	74 MB/s （IOPS 9）	40 MB/s	21 （iops 5）	18（iops 4）
随机写					67.8 MB/s （IOPS 8）		19 （iops 4）	16（iops 4）
顺序读	460	130	100	109	N/A		111（iops 27）	111（iops 27）
随机读				112	N/A		115（iops 28）	128（iops 31）

简单结论（由于环境、测试方法和数据有限，这些结论不一定正确，有些只是猜测，需要进一步研究，仅供参考）：

- rados bench 和在两个 OSD 上同时做 dd 的性能差不多。
- fio + rbd 和 fio + libaio 的结果差不多，相比之下 fio + rbd 还要好一点点。
- fio 顺序写和读的 BW 和两个 OSD 同时写和读的 BW 差不多。
- fio 顺序写的 BW 差不多是单个 OSD 的 bench 的一半（因为我的 pool 的 size 为 2）。
- rados load-gen，rodos bench 和 fio rbd/libaio 的结果都差不多，可见都可以信任，只是每一种都有其特长，选择合适你的测试应用场景的某个即可。
- rdb bench-write 的值明显偏高，原因未知，也许存在 bug，详情可参考 rbd bench-write vs dd performance confusion，选择时需慎重。

参考链接：

http://tracker.ceph.com/projects/ceph/wiki/Benchmark_Ceph_Cluster_Performance

Ceph Performance Analysis: fio and RBD

http://www.quts.me/page2/

http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/Vault-2015.pdf

http://www.cnblogs.com/sammyliu/p/5557666.html

posted @ 2018-01-05 10:13 划得戳阅读(7220) 评论(0) 编辑收藏举报

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