ceph--磁盘和rbd、rados性能测试工具和方法

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

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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

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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 Band 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。

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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%