Linux磁盘性能测试命令之FIO

FIO（Flexible I/O Tester）是很强大、很灵活的存储性能测试工具之一，被广泛应用于评估各种存储设备的性能表现。本文将介绍FIO的核心原理、典型测试场景、参数详解以及实战案例分析，帮助大家掌握这一专业工具的使用方法。

FIO工具概述

FIO是一款功能强大的开源I/O性能测试工具，能够模拟各种复杂的I/O工作负载，为存储设备和文件系统的性能分析提供全面而精确的数据。它支持多种I/O操作模式，包括顺序读写、随机读写、混合读写等，可以全面模拟真实应用环境中的各种I/O模式。

FIO的核心优势在于：

高度可配置：支持精确控制I/O操作的大小、数量、并发度等参数。
多平台支持：可在Linux、Windows和macOS系统上运行。
全面指标：提供IOPS、带宽、延迟等详细性能指标。
真实模拟：能够创建接近生产环境的复杂I/O负载模式。

FIO测试原理与核心参数

FIO通过生成多种类型的I/O负载来测试存储设备的性能极限。其核心工作原理包括：

I/O模式模拟：通过rw参数控制读写模式（顺序/随机/混合）。
并发控制：通过numjobs和iodepth参数模拟多线程/高并发场景。
性能测量：精确记录每次I/O操作的耗时、数据量等指标。

FIO工具常用参数介绍：

参数	说明	典型值
filename	目标设备名称或文件地址	/dev/sda, /mnt/data/testfile
rw	读写策略	随机读：randread 随机写：randwrite 顺序读：read 顺序写：write 混合随机读写：randrw
bs	IO块大小	单位是k、K、m和M等，随机测试应保持4K，顺序测试可增大该值，如256K、512K等。
iodepth	IO队列深度	fio总的IO并发数=iodepth * numjobs，值越高，压力越大。机械盘通常该值设置较低，固态盘可逐步增加该值，测出瓶颈。
numjobs	并发线程数	对于固态盘，多线程可能会提升性能，机械盘过多线程可能导致性能下降。默认为1。
size	IO操作的数据量	取值可以是带单位的数字，比如size=10G，表示读/写的数据量为10GiB。也可以是百分数，比如size=20%，表示读/写的数据量占该设备总文件的20%的空间。
runtime	测试持续时间(秒)	可逐步增加测试时间，较短的时间可能导致性能突发干扰。
direct	是否绕过缓存	值为1：表示使用direct IO，忽略IO缓存。 值为0：表示不使用direct IO，而使用使用buffered IO
ioengine	IO引擎	libaio(推荐), sync, psync

注意：任何测试都要在数据备份后进行，不要将系统盘或者含有重要数据的数据盘作为测试对象。建议您在空白的数据盘上测试性能。

参考：https://linux.die.net/man/1/fio

常见测试场景与命令示例

1、4K随机读取测试

测试结果示例：

2、4K随机写入测试

测试结果示例：

3、顺序读取吞吐量测试

测试结果示例：

4、顺序写入吞吐量测试

测试结果示例：

5、单队列随机读时延测试

测试结果示例：

6、单队列随机写时延测试

测试结果示例：

优化策略参数示例

随机IOPS优化：

1、固定基础参数：bs=4k，numjobs=1，runtime=60s，direct=1。
2、调整iodepth：从1→64→256，记录IOPS和延迟，观察IOPS曲线，若IOPS不再增长，停止增加iodepth。
3、增加numjobs：从1→4→8，观察是否进一步压满设备。
4、延长runtime：若怀疑缓存干扰等，可延长至300s或600s等。

顺序吞吐量优化：

1、固定基础参数：bs=1M，numjobs=1，runtime=60s。
2、调整iodepth：从16→64→128，观察带宽。
3、增大bs：若带宽未达预期，尝试bs=2M或4M等。
4、增加numjobs：若设备支持并行大块传输（如RAID），增加并发任务。
5、延长runtime：若怀疑缓存干扰等，可延长至300s或600s等。

逐步调整FIO测试参数，记录相关数值，这样可以反映存储设备在不同压力条件下的性能表现，包括吞吐量极限、并发处理能力和响应延迟等关键指标。

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