linux FIO命令详解(一)：磁盘IO测试工具 fio (并简要介绍iostat工具)

FIO介绍

FIO是测试IOPS的非常好的工具，用来对磁盘进行压力测试和验证。磁盘IO是检查磁盘性能的重要指标，可以按照负载情况分成照顺序读写，随机读写两大类。FIO是一个可以产生很多线程或进程并执行用户指定的特定类型I/O操作的工具，FIO的典型用途是编写和模拟的I/O负载匹配的作业文件。也就是说FIO 是一个多线程io生成工具，可以生成多种IO模式，用来测试磁盘设备的性能（也包含文件系统：如针对网络文件系统 NFS 的IO测试）。fio在github上的坐标：https://github.com/axboe/fio 。

FIO 工具常用参数：

参数说明：
filename=/dev/sdb1 测试文件名称，通常选择需要测试的盘的data目录。
direct=1 是否使用directIO，测试过程绕过OS自带的buffer，使测试磁盘的结果更真实。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。
rw=randwrite 测试随机写的I/O
rw=randrw 测试随机写和读的I/O
bs=16k 单次io的块文件大小为16k
bsrange=512-2048 同上，提定数据块的大小范围
size=5G 每个线程读写的数据量是5GB。
numjobs=1 每个job（任务）开1个线程，这里用了几，后面每个用-name指定的任务就开几个线程测试。所以最终线程数=任务数（几个name=jobx）* numjobs。
name=job1：一个任务的名字，重复了也没关系。如果fio -name=job1 -name=job2，建立了两个任务，共享-name=job1之前的参数。-name之后的就是job2任务独有的参数。
thread  使用pthread_create创建线程，另一种是fork创建进程。进程的开销比线程要大，一般都采用thread测试。
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=libaio 指定io引擎使用libaio方式。libaio：Linux本地异步I/O。请注意，Linux可能只支持具有非缓冲I/O的排队行为（设置为“direct=1”或“buffered=0”）；rbd:通过librbd直接访问CEPH Rados
iodepth=16 队列的深度为16.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。
Block Devices（RBD），无需使用内核RBD驱动程序（rbd.ko）。该参数包含很多ioengine，如：libhdfs/rdma等
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。
此外
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例子：

[root@docker sda]# fio -ioengine=libaio -bs=4k -direct=1 -thread -rw=read -filename=/dev/sda -name="BS 4KB read test" -iodepth=16 -runtime=60
BS 4KB read test: (g=0): rw=read, bs=(R) 4096B-4096B, (W) 4096B-4096B, (T) 4096B-4096B, ioengine=libaio, iodepth=16
fio-3.7
Starting 1 thread
Jobs: 1 (f=1): [R(1)][100.0%][r=89.3MiB/s,w=0KiB/s][r=22.9k,w=0 IOPS][eta 00m:00s]
BS 4KB read test: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=18557: Thu Apr 11 13:08:11 2019read: IOPS=22.7k, BW=88.5MiB/s (92.8MB/s)(5313MiB/60001msec)slat (nsec): min=901, max=168330, avg=6932.34, stdev=1348.82clat (usec): min=90, max=63760, avg=698.08, stdev=240.83lat (usec): min=97, max=63762, avg=705.17, stdev=240.81clat percentiles (usec):|  1.00th=[  619],  5.00th=[  627], 10.00th=[  627], 20.00th=[  635],| 30.00th=[  635], 40.00th=[  685], 50.00th=[  717], 60.00th=[  725],| 70.00th=[  725], 80.00th=[  725], 90.00th=[  734], 95.00th=[  816],| 99.00th=[ 1004], 99.50th=[ 1020], 99.90th=[ 1057], 99.95th=[ 1057],| 99.99th=[ 1860]bw (  KiB/s): min=62144, max=91552, per=100.00%, avg=90669.02, stdev=3533.77, samples=120iops        : min=15536, max=22888, avg=22667.27, stdev=883.44, samples=120lat (usec)   : 100=0.01%, 250=0.01%, 500=0.01%, 750=93.85%, 1000=5.14%lat (msec)   : 2=0.99%, 4=0.01%, 10=0.01%, 50=0.01%, 100=0.01%cpu          : usr=5.35%, sys=23.17%, ctx=1359692, majf=0, minf=17IO depths    : 1=0.1%, 2=0.1%, 4=0.1%, 8=0.1%, 16=100.0%, 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=0.1%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%issued rwts: total=1360097,0,0,0 short=0,0,0,0 dropped=0,0,0,0latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=16Run status group 0 (all jobs):READ: bw=88.5MiB/s (92.8MB/s), 88.5MiB/s-88.5MiB/s (92.8MB/s-92.8MB/s), io=5313MiB (5571MB), run=60001-60001msecDisk stats (read/write):sda: ios=1357472/0, merge=70/0, ticks=949141/0, in_queue=948776, util=99.88%

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，提交该IO请求到kernel所花的时间（不包括kernel处理的时间）
clat=完成延迟, 提交该IO请求到kernel后，处理所花的时间
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=Like the above submit number, but for completions instead.
IO issued=The number of read/write requests issued, and how many of them were short.
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=Number of ticks we kept the disk busy.
io_queue=花费在队列上的总共时间.
util=磁盘利用率

fio 有很多测试任务配置文件，在git工程 examples 文件夹中，我们可以使用命令行参数进行直接配置，也可以直接通过配置文件配置一次测试的内容。

更详细对fio输出说明请参考博文：Fio Output Explained

IO状态监控：

进行磁盘测试的时候，我们可以使用iostat 等监控工具，查看所有磁盘当前的读写状态（fedora 系统上 sysstat-11.7.3-2.fc29.x86_64 收录了此工具）。

监控磁盘IO命令：iostat –mx 1

Iostat介绍

iostat主要用于监控系统设备的IO负载情况，iostat首次运行时显示自系统启动开始的各项统计信息，之后运行iostat将显示自上次运行该命令以后的统计信息。用户可以通过指定统计的次数和时间来获得所需的统计信息。

语法

iostat [ -c ] [ -d ] [ -h ] [ -N ] [ -k | -m ] [ -t ] [ -V ] [ -x ] [ -z ] [ device [...] | ALL ] [ -p [ device [,...] | ALL ] ] [ interval [ count ] ]

iostat使用范例：

iostat -d -x -k 1 10
Device:    rrqm/s wrqm/s   r/s   w/s  rsec/s  wsec/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await  svctm  %util
sda          1.56  28.31  7.80 31.49   42.51    2.92    21.26     1.46     1.16     0.03    0.79   2.62  10.28
Device:    rrqm/s wrqm/s   r/s   w/s  rsec/s  wsec/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await  svctm  %util
sda          2.00  20.00 381.00  7.00 12320.00  216.00  6160.00   108.00    32.31     1.75    4.50   2.17  84.20

-d: 显示该设备的状态的参数；

-x：是一个比较常用的选项，该选项将用于显示和io相关的扩展数据。

-k: 静态显示每秒的统计（单位kilobytes ）

1: 第一个数字表示每隔1秒刷新一次数据显示。

10：第二个数字表示总共的刷新次数

输出信息的含义

rrqm/s：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。
r/s： 该设备的每秒完成的读请求数（merge合并之后的）
w/s:  该设备的每秒完成的写请求数（merge合并之后的）
rsec/s：每秒读取的扇区数；
wsec/：每秒写入的扇区数。
rKB/s：每秒发送给该设备的总读请求数
wKB/s：每秒发送给该设备的总写请求数
avgrq-sz 平均请求扇区的大小
avgqu-sz 是平均请求队列的长度。毫无疑问，队列长度越短越好。
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：

linux 磁盘IO测试工具：FIO (同时简要介绍dd工具测试)

Linux IO实时监控iostat命令详解

SSD测试第一神器——FIO