linux 磁盘IO测试工具：FIO (同时简要介绍dd工具测试)

FIO是测试IOPS的非常好的工具，用来对硬件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。

目前主流的第三方IO测试工具有fio、iometer 和 Orion，这三种工具各有千秋，在linux 下也可以使用dd 进行简单的磁盘（文件系统）测试（文末补充）。

fio在Linux系统下使用比较方便，iometer在window系统下使用比较方便，Orion是oracle的IO测试软件，可在没有安装oracle数据库的情况下模拟oracle数据库场景的读写。

Multithreaded IO generation tool , 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）；

Description  : fio is an I/O tool that will spawn a number of threads or processes doing

             : a particular type of io action as specified by the user.  fio takes a

             : number of global parameters, each inherited by the thread unless

             : otherwise parameters given to them overriding that setting is given.

             : The typical use of fio is to write a job file matching the io load

             : one wants to simulate.

安装：

yum install fio
yum info fio

项目地址：

https://github.com/axboe/fio.git

http://git.kernel.dk/cgit/fio/

磁盘处理：

fio 用于测试磁盘性能时，测试之前需要先把要测试的磁盘卸载掉，测试完后需格式化一遍再挂载上去。

# 卸载磁盘
umount /mnt/datadir1
# 格式化磁盘
mkfs.ext4 /dev/sdd
# 挂载磁盘
mount -t ext4 /dev/sdd /mnt/datadir1

# 自动挂载，在里面添加该盘
vim /etc/fstab

FIO 工具常用方法：

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 测试过程绕过机器自带的buffer。使测试结果更真实。
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 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
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 工具测试模式：

顺序读写：

read 顺序读

write 顺序写

rw,readwrite 顺序混合读写

随机读写：

randwrite 随机写

randread 随机读

randrw 随机混合读写

测试样例：

[root@docker mnt]# fio -filename=/dev/sda -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=read -ioengine=psync -bs=16k -size=20G -numjobs=30 -runtime=1000 -group_reporting -name=yaoxu-sda

本文章，只是资料查找中的简要摘录，详细使用说明，请参考 man fio

测试结果：（其中加粗的输出日志，是我们关注的内容：磁盘的吞吐量bw，这个是顺序读写考察的重点；磁盘的每秒读写次数iops，这个是随机读写考察的重点）

[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 2019
   read: IOPS=22.7k, BW=88.5MiB/s (92.8MB/s)(5313MiB/60001msec)
    slat (nsec): min=901, max=168330, avg=6932.34, stdev=1348.82
    clat (usec): min=90, max=63760, avg=698.08, stdev=240.83
     lat (usec): min=97, max=63762, avg=705.17, stdev=240.81
    clat 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=120
   iops        : min=15536, max=22888, avg=22667.27, stdev=883.44, samples=120
  lat (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=17
  IO 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=0,0,0,0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=16

Run 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=60001-60001msec

Disk 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
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=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

avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           0.25    0.00    3.01   80.70    0.00   16.04

Device            r/s     w/s     rMB/s     wMB/s   rrqm/s   wrqm/s  %rrqm  %wrqm r_await w_await aqu-sz rareq-sz wareq-sz  svctm  %util
sda           13417.00    0.00    209.64      0.00     0.00     0.00   0.00   0.00    2.23    0.00  29.96    16.00     0.00   0.07 100.00

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）。

更多关于磁盘顺序io 部分，可以参考 dd 工具的使用；https://www.cnblogs.com/xuyaowen/p/dd.html 

参考链接：

https://www.cnblogs.com/bugutian/p/6653083.html

https://www.linuxidc.com/Linux/2017-04/143251.htm

https://github.com/axboe/fio

https://blog.csdn.net/jiecxy/article/details/58197387 （有很好的fio 输出日志注释，解释了每行输出内容的含义，建议阅读。）

https://www.cnblogs.com/raykuan/p/6914748.html

https://blog.csdn.net/feng4656/article/details/11054595

https://tobert.github.io/post/2014-04-17-fio-output-explained.html

https://github.com/axboe/fio/blob/master/HOWTO

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