SSD测试第一神器——FIO

 

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对于SSD性能测试来说，最好的工具莫过于FIO了。

 

上面这个可爱的小伙子名字叫Jens Axboe，他是丹麦哥本哈根大学计算机系没毕业的学生，他还有一个有名的同乡叫Linus，没想到老乡后来也成了他的领导。Jens今年（2017年）40岁，16岁开始就接触Linux，后来也成了Linux开发者，现在是Linux Kernel大拿了，负责块设备层的维护。这个块设备层就是跟我们SSD关系最紧密的层级，联系了上层文件系统和下层设备驱动程序。他开发了不少有用的程序，比如Linux IO Scheduler里面的Deadline, CFQ Scheduler，还有著名的王牌测试工具FIO。 Jens曾经在Fusion-IO、Oracle等公司工作，现在在Facebook，阿呆听说在硅谷Facebook给码农的薪水是最高的。

 

FIO是Jens开发的一个开源测试工具，功能非常强大，本文就只介绍其中一些基本功能。

 

线程，队列深度，Offset，同步异步，DirectIO，BIO

 

使用FIO之前，首先要有一些SSD性能测试的基础知识。

 

线程指的是同时有多少个读或写任务在并行执行，一般来说，CPU里面的一个核心同一时间只能运行一个线程。如果只有一个核心，要想运行多线程，只能使用时间切片，每个线程跑一段时间片，所有线程轮流使用这个核心。Linux使用Jiffies来代表一秒钟被划分成了多少个时间片，一般来说Jiffies是1000或100，所以时间片就是1毫秒或10毫秒。

 

一般电脑发送一个读写命令到SSD只需要几微秒，但是SSD要花几百微秒甚至几毫秒才能执行完这个命令。如果发一个读写命令，然后线程一直休眠，等待结果回来才唤醒处理结果，这种叫做同步模式。可以想象，同步模式是很浪费SSD性能的，因为SSD里面有很多并行单元，比如一般企业级SSD内部有8-16个数据通道，每个通道内部有4-16个并行逻辑单元（LUN，Plane），所以同一时间可以执行32-256个读写命令。同步模式就意味着，只有其中一个并行单元在工作，暴殄天物。

 

为了提高并行性，大部分情况下SSD读写采用的是异步模式。就是用几微秒发送命令，发完线程不会傻傻的在那里等，而是继续发后面的命令。如果前面的命令执行完了，SSD通知会通过中断或者轮询等方式告诉CPU，CPU来调用该命令的回调函数来处理结果。这样的好处是，SSD里面几十上百个并行单元大家都能分到活干，效率暴增。

 

不过，在异步模式下，CPU不能一直无限的发命令到SSD。比如SSD执行读写如果发生了卡顿，那有可能系统会一直不停的发命令，几千个，甚至几万个，这样一方面SSD扛不住，另一方面这么多命令会很占内存，系统也要挂掉了。这样，就带来一个参数叫做队列深度。举个例子，队列深度64就是说，系统发的命令都发到一个大小为64的队列，如果填满了就不能再发。等前面的读写命令执行完了，队列里面空出位置来，才能继续填命令。

 

一个SSD或者文件有大小，测试读写的时候设置Offset就可以从某个偏移地址开始测试。比如从offset=4G的偏移地址开始。

 

Linux读写的时候，内核维护了缓存，数据先写到缓存，后面再后台写到SSD。读的时候也优先读缓存里的数据。这样速度可以加快，但是一旦掉电缓存里的数据就没了。所以有一种模式叫做DirectIO，跳过缓存，直接读写SSD。

 

Linux读写SSD等块设备使用的是BIO，Block-IO，这是个数据结构，包含了数据块的逻辑地址LBA，数据大小和内存地址等。