Linux RSSD云盘IO性能压测教程-fio

作者：UStarGao 日期：2022-03-29 22:32:17 人气：栏目：压力测试

UCloud快杰云主机的诞生，对于UCloud来说，具有里程碑意义的重大突破。（1）UCloud快杰云主机RSSD云盘的IO隔离属性，彻底解决了本地盘云主机共享宿主IO，互相争抢IO的痛点；（2）同时RSSD云盘的大容量（单数据盘最大支持32T）彻底解决了由于容量上限，而进行的频繁数据迁移的窘境；（3）当然RSSD云盘最闪光的一点还是其高性能、低延迟，单机最高120w IOPS、4.8G的IO吞吐量、0.1ms延迟，也获得业界一致认可；（4）UCloud 快杰云主机也同时兼顾数据安全，其宕机秒级迁移、数据方舟秒级支持12H内秒级恢复等技术，为用户数据安全和业务持续稳定保驾护航！

第三方性能压测数据：阿里云、腾讯云、UCloud 、华为云云主机对比测试报告、高性能云主机如何选？AWS、谷歌云、UCloud、腾讯云测试大PK

1、UCloud官方性能数据说明

（1）详细性能参数

官网地址：https://docs.ucloud.cn/uhost/introduction/disk

（2）RSSD云盘性能与主机实例CPU关系

虚机实例的IO性能与其CPU配置成正比线性关系，虚机核数越多可获得的存储IOPS和吞吐量越高
◆ 如果RSSD云盘的性能不超过实例对应的IO存储能力，实际存储性能以RSSD云盘性能为准
◆ 如果RSSD云盘的性能超过了实例对应的IO存储能力，实际存储性能以该实例对应的存储性能为准
◆ 如果实例核数不在下表中，则实例性能是为不超过该核数的最大性能

例如：CPU核数为50，则其存储IO性能与48核相同

官网地址：https://docs.ucloud.cn/udisk/introduction/performance/account

注：由此可见，快杰云主机RSSD磁盘的性能，与RSSD磁盘大小和CPU核数双重正相关，就像木桶效应，能装多少水，取决于木桶最短的那块木板。所以当你发现IO压测性能无法达到官方提供的参考数据，你就需要去查看一下，是否是CPU核数过低导致的。

2、UCloud RSSD云盘低延迟

最早云盘主机的诞生，也是具有里程碑意义的。它标志着真正意义上在公有云领域，实现计算与存储的分离，这也为宕机秒级迁移技术提供了实现的可能。但在IO性能上，SSD云盘并没有实现质的突破，其性能指标完全无法和本地SSD盘比拟。这也是为什么没有基于SSD云盘云数据库的重要原因。但是随着RSSD云盘的诞生，打破了云盘性能不如本地SSD的历史。

众所周知，云盘是通过网络挂载到云主机上的块存储，理论上网络通，就能实现磁盘的挂载。这是优点也是不折不扣的缺点。为什么呢？优点：在于使用的灵活性，很方便。缺点：在于当跨POD（集群）、跨多台交换机挂载使用时，由于网络传输距离问题和途经交换机吞吐瓶颈等因素，会大大增加IO延迟和IO损耗。

这里我引入了POD的概念，简单介绍一下什么是POD？为什么会有POD的诞生？一个POD可以理解为一个资源池或者一个集群。大家都知道鸡蛋不能放到一个篮子里，那么同理，一个机房或者一个可用区（多个物理机房组成）内的资源也不能都放到一个资源池或一个集群内部，因为一旦这个集群出现异常，那么面临的将是无法容忍的灾难级别的。所以POD的第一个优势在于：（1）分割资源，进而分散风险。（2）天然支持滚动升级。云在不停的发展和迭代，那么就会不停的进行业务变更，要做到完全无损变更发布几乎不可能的，因为你永远不知道下一个bug会出现在哪。所以通过最新的迁移技术（迁移影响已经可以做到秒级闪断），将待升级的POD迁移空后，我们就可以大胆施展拳脚进行升级操作了，哪怕失败也不会影响到用户业务。

（1）SSD云盘时代

针对云盘来讲IO时延对云盘性能影响是非常大的，前面我介绍过，SSD云盘的性能不及本地SSD盘，那么上述跨POD挂载SSD云盘（红线部分），性能就会更差一点。这就是我前面所说的SSD云盘的优势也伴随着劣势。

（2）RSSD云盘时代

RSSD云盘实现了跨时代的性能突破，并作出了IO平均延迟0.1ms的承诺，那么是怎么做到的呢？由上图你可能已经发现，是禁止了RSSD云盘跨POD挂载的情况。由于计算与存储在同一个POD，计算和存储之间的网络传输距离和延迟几乎可以忽略不计，减少了IO网络传输距离和潜在的流量吞吐瓶颈，自然能够实现超低延迟的突破。

3、UCloud RSSD云盘压测演示

注1：压测主机配置：4C8G300G RSSD磁盘。

注2：为了获取稳定可靠的压测数据，压测时间建议1000s起，本次单纯测试，为了方便，缩短压测时间为120s。

（1）时延性能测试

# 1、读时延
[root@10-60-94-140 ~]# fio -direct=1 -iodepth=1 -rw=read -ioengine=libaio -bs=4k -size=200G -numjobs=1 -runtime=1000 -group_reporting -name=test -filename=/data/test
test: (g=0): rw=read, bs=4K-4K/4K-4K/4K-4K, ioengine=libaio, iodepth=1
fio-2.1.10
Starting 1 process
test: Laying out IO file(s) (1 file(s) / 204800MB)
Jobs: 1 (f=1): [R] [100.0% done] [23408KB/0KB/0KB /s] [5852/0/0 iops] [eta 00m:00s]
test: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=2373: Wed Mar 30 16:33:14 2022
  read : io=23160MB, bw=23715KB/s, iops=5928, runt=1000001msec
    slat (usec): min=2, max=673, avg= 3.99, stdev= 2.20
    clat (usec): min=1, max=7470, avg=163.79, stdev=29.47
     lat (usec): min=108, max=7518, avg=167.91, stdev=29.67
    clat percentiles (usec):
     |  1.00th=[  118],  5.00th=[  124], 10.00th=[  139], 20.00th=[  143],
     | 30.00th=[  145], 40.00th=[  149], 50.00th=[  153], 60.00th=[  167],
     | 70.00th=[  189], 80.00th=[  193], 90.00th=[  199], 95.00th=[  205],
     | 99.00th=[  223], 99.50th=[  235], 99.90th=[  314], 99.95th=[  374],
     | 99.99th=[  732]
    bw (KB  /s): min=19024, max=26584, per=100.00%, avg=23719.36, stdev=868.40
    lat (usec) : 2=0.01%, 10=0.01%, 100=0.01%, 250=99.71%, 500=0.27%
    lat (usec) : 750=0.01%, 1000=0.01%
    lat (msec) : 2=0.01%, 4=0.01%, 10=0.01%
  cpu          : usr=1.12%, sys=3.17%, ctx=5928867, majf=0, minf=9
  IO depths    : 1=100.0%, 2=0.0%, 4=0.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 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=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     issued    : total=r=5928846/w=0/d=0, short=r=0/w=0/d=0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=1

Run status group 0 (all jobs):
   READ: io=23160MB, aggrb=23715KB/s, minb=23715KB/s, maxb=23715KB/s, mint=1000001msec, maxt=1000001msec

Disk stats (read/write):
  vdb: ios=5928528/7, merge=0/0, ticks=955508/1, in_queue=143, util=100.00%

# 2、写时延
[root@10-60-94-140 ~]# fio -direct=1 -iodepth=1 -rw=write -ioengine=libaio -bs=4k -size=200G -numjobs=1 -runtime=120 -group_reporting -name=test -filename=/data/test
test: (g=0): rw=write, bs=4K-4K/4K-4K/4K-4K, ioengine=libaio, iodepth=1
fio-2.1.10
Starting 1 process
Jobs: 1 (f=1): [W] [100.0% done] [0KB/37716KB/0KB /s] [0/9429/0 iops] [eta 00m:00s]
test: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=3051: Wed Mar 30 16:39:39 2022
  write: io=4294.5MB, bw=36645KB/s, iops=9161, runt=120001msec
    slat (usec): min=2, max=129, avg= 4.34, stdev= 2.34
    clat (usec): min=50, max=4461, avg=104.04, stdev=18.26
     lat (usec): min=55, max=4467, avg=108.51, stdev=18.90
    clat percentiles (usec):
     |  1.00th=[   79],  5.00th=[   92], 10.00th=[   94], 20.00th=[   95],
     | 30.00th=[   96], 40.00th=[   97], 50.00th=[   99], 60.00th=[  102],
     | 70.00th=[  108], 80.00th=[  115], 90.00th=[  120], 95.00th=[  125],
     | 99.00th=[  143], 99.50th=[  155], 99.90th=[  221], 99.95th=[  282],
     | 99.99th=[  660]
    bw (KB  /s): min=32360, max=39024, per=100.00%, avg=36645.15, stdev=1377.17
    lat (usec) : 100=51.71%, 250=48.22%, 500=0.05%, 750=0.01%, 1000=0.01%
    lat (msec) : 2=0.01%, 4=0.01%, 10=0.01%
  cpu          : usr=3.26%, sys=10.45%, ctx=1099373, majf=0, minf=9
  IO depths    : 1=100.0%, 2=0.0%, 4=0.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 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=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     issued    : total=r=0/w=1099370/d=0, short=r=0/w=0/d=0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=1

Run status group 0 (all jobs):
  WRITE: io=4294.5MB, aggrb=36645KB/s, minb=36645KB/s, maxb=36645KB/s, mint=120001msec, maxt=120001msec

Disk stats (read/write):
  vdb: ios=0/1099143, merge=0/0, ticks=0/100726, in_queue=23, util=99.96%

（2）吞吐性能测试

# 1、读带宽
[root@10-60-94-140 ~]# fio -direct=1 -iodepth=32 -rw=read -ioengine=libaio -bs=256k -size=200G -numjobs=4 -runtime=120 -group_reporting -name=test -filename=/data/test  
test: (g=0): rw=read, bs=256K-256K/256K-256K/256K-256K, ioengine=libaio, iodepth=32
...
fio-2.1.10
Starting 4 processes
Jobs: 4 (f=4): [RRRR] [100.0% done] [269.8MB/0KB/0KB /s] [1079/0/0 iops] [eta 00m:00s]
test: (groupid=0, jobs=4): err= 0: pid=3220: Wed Mar 30 16:44:12 2022
  read : io=32492MB, bw=276993KB/s, iops=1082, runt=120119msec
    slat (usec): min=3, max=2192, avg= 9.48, stdev= 8.17
    clat (usec): min=433, max=233566, avg=118279.94, stdev=8130.87
     lat (usec): min=438, max=233577, avg=118289.60, stdev=8130.05
    clat percentiles (msec):
     |  1.00th=[  118],  5.00th=[  118], 10.00th=[  119], 20.00th=[  119],
     | 30.00th=[  119], 40.00th=[  119], 50.00th=[  119], 60.00th=[  120],
     | 70.00th=[  120], 80.00th=[  120], 90.00th=[  120], 95.00th=[  121],
     | 99.00th=[  121], 99.50th=[  121], 99.90th=[  121], 99.95th=[  172],
     | 99.99th=[  219]
    bw (KB  /s): min=57029, max=161844, per=25.02%, avg=69305.37, stdev=4689.95
    lat (usec) : 500=0.01%, 750=0.01%, 1000=0.01%
    lat (msec) : 2=0.04%, 4=0.27%, 10=0.11%, 20=0.01%, 50=0.03%
    lat (msec) : 100=0.04%, 250=99.49%
  cpu          : usr=0.10%, sys=0.30%, ctx=128508, majf=0, minf=2101
  IO depths    : 1=0.1%, 2=0.1%, 4=0.1%, 8=0.1%, 16=0.1%, 32=99.9%, >=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=0.0%, 32=0.1%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     issued    : total=r=129969/w=0/d=0, short=r=0/w=0/d=0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=32

Run status group 0 (all jobs):
   READ: io=32492MB, aggrb=276992KB/s, minb=276992KB/s, maxb=276992KB/s, mint=120119msec, maxt=120119msec

Disk stats (read/write):
  vdb: ios=129827/6, merge=0/0, ticks=15348209/1419, in_queue=15271132, util=98.89%

# 2、写带宽
[root@10-60-94-140 ~]# fio -direct=1 -iodepth=32 -rw=write -ioengine=libaio -bs=256k -size=200G -numjobs=4 -runtime=120 -group_reporting -name=test -filename=/data/test
test: (g=0): rw=write, bs=256K-256K/256K-256K/256K-256K, ioengine=libaio, iodepth=32
...
fio-2.1.10
Starting 4 processes
Jobs: 4 (f=4): [WWWW] [100.0% done] [0KB/269.8MB/0KB /s] [0/1079/0 iops] [eta 00m:00s]
test: (groupid=0, jobs=4): err= 0: pid=3489: Wed Mar 30 16:51:42 2022
  write: io=32492MB, bw=276995KB/s, iops=1082, runt=120118msec
    slat (usec): min=5, max=7108, avg=21.91, stdev=28.55
    clat (usec): min=283, max=231933, avg=118264.20, stdev=8070.79
     lat (usec): min=291, max=231953, avg=118286.32, stdev=8070.93
    clat percentiles (msec):
     |  1.00th=[  118],  5.00th=[  118], 10.00th=[  119], 20.00th=[  119],
     | 30.00th=[  119], 40.00th=[  119], 50.00th=[  119], 60.00th=[  120],
     | 70.00th=[  120], 80.00th=[  120], 90.00th=[  120], 95.00th=[  121],
     | 99.00th=[  121], 99.50th=[  121], 99.90th=[  128], 99.95th=[  167],
     | 99.99th=[  215]
    bw (KB  /s): min=55466, max=175776, per=25.01%, avg=69282.70, stdev=5136.95
    lat (usec) : 500=0.01%, 750=0.01%, 1000=0.02%
    lat (msec) : 2=0.12%, 4=0.13%, 10=0.12%, 20=0.03%, 50=0.03%
    lat (msec) : 100=0.05%, 250=99.48%
  cpu          : usr=0.40%, sys=0.42%, ctx=129441, majf=0, minf=38
  IO depths    : 1=0.1%, 2=0.1%, 4=0.1%, 8=0.1%, 16=0.1%, 32=99.9%, >=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=0.0%, 32=0.1%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     issued    : total=r=0/w=129969/d=0, short=r=0/w=0/d=0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=32

Run status group 0 (all jobs):
  WRITE: io=32492MB, aggrb=276994KB/s, minb=276994KB/s, maxb=276994KB/s, mint=120118msec, maxt=120118msec

Disk stats (read/write):
  vdb: ios=0/129825, merge=0/0, ticks=0/15346553, in_queue=15262643, util=99.79%

（3）IOPS性能测试(4k，4*32队列，随机读写)

# 1、读IOPS
[root@10-60-94-140 ~]# fio -direct=1 -iodepth=32 -rw=randread  -ioengine=libaio -bs=4k -size=200G -numjobs=4 -runtime=120 -group_reporting -name=test -filename=/data/test
test: (g=0): rw=randread, bs=4K-4K/4K-4K/4K-4K, ioengine=libaio, iodepth=32
...
fio-2.1.10
Starting 4 processes
Jobs: 4 (f=4): [rrrr] [100.0% done] [67132KB/0KB/0KB /s] [16.8K/0/0 iops] [eta 00m:00s]
test: (groupid=0, jobs=4): err= 0: pid=3748: Wed Mar 30 16:54:49 2022
  read : io=7890.4MB, bw=67327KB/s, iops=16831, runt=120007msec
    slat (usec): min=1, max=189, avg= 3.47, stdev= 2.50
    clat (usec): min=106, max=14884, avg=7599.75, stdev=747.07
     lat (usec): min=108, max=14887, avg=7603.33, stdev=746.66
    clat percentiles (usec):
     |  1.00th=[ 6048],  5.00th=[ 7008], 10.00th=[ 7072], 20.00th=[ 7072],
     | 30.00th=[ 7136], 40.00th=[ 7136], 50.00th=[ 8032], 60.00th=[ 8096],
     | 70.00th=[ 8096], 80.00th=[ 8096], 90.00th=[ 8160], 95.00th=[ 8160],
     | 99.00th=[ 8256], 99.50th=[ 8256], 99.90th=[ 8384], 99.95th=[ 8512],
     | 99.99th=[ 9664]
    bw (KB  /s): min=15992, max=42608, per=25.02%, avg=16847.18, stdev=1235.08
    lat (usec) : 250=0.24%, 500=0.17%, 750=0.03%, 1000=0.01%
    lat (msec) : 2=0.01%, 4=0.01%, 10=99.54%, 20=0.01%
  cpu          : usr=0.63%, sys=1.49%, ctx=458082, majf=0, minf=156
  IO depths    : 1=0.1%, 2=0.1%, 4=0.1%, 8=0.1%, 16=0.1%, 32=100.0%, >=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=0.0%, 32=0.1%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     issued    : total=r=2019924/w=0/d=0, short=r=0/w=0/d=0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=32

Run status group 0 (all jobs):
   READ: io=7890.4MB, aggrb=67326KB/s, minb=67326KB/s, maxb=67326KB/s, mint=120007msec, maxt=120007msec

Disk stats (read/write):
  vdb: ios=2019321/6, merge=0/0, ticks=15250526/85, in_queue=15009984, util=99.95%

# 2、写IOPS
[root@10-60-94-140 ~]# fio -direct=1 -iodepth=32 -rw=randwrite -ioengine=libaio -bs=4k -size=200G -numjobs=4 -runtime=120 -group_reporting -name=test -filename=/data/test
test: (g=0): rw=randwrite, bs=4K-4K/4K-4K/4K-4K, ioengine=libaio, iodepth=32
...
fio-2.1.10
Starting 4 processes
Jobs: 4 (f=4): [wwww] [100.0% done] [0KB/67132KB/0KB /s] [0/16.8K/0 iops] [eta 00m:00s]
test: (groupid=0, jobs=4): err= 0: pid=3818: Wed Mar 30 16:57:28 2022
  write: io=7890.2MB, bw=67325KB/s, iops=16831, runt=120008msec
    slat (usec): min=2, max=840, avg= 4.48, stdev= 4.56
    clat (usec): min=78, max=17717, avg=7599.05, stdev=750.53
     lat (usec): min=81, max=17719, avg=7603.63, stdev=750.19
    clat percentiles (usec):
     |  1.00th=[ 6048],  5.00th=[ 7072], 10.00th=[ 7072], 20.00th=[ 7072],
     | 30.00th=[ 7136], 40.00th=[ 7136], 50.00th=[ 8032], 60.00th=[ 8096],
     | 70.00th=[ 8096], 80.00th=[ 8096], 90.00th=[ 8160], 95.00th=[ 8160],
     | 99.00th=[ 8160], 99.50th=[ 8256], 99.90th=[ 8256], 99.95th=[ 8512],
     | 99.99th=[11456]
    bw (KB  /s): min=16264, max=36280, per=25.02%, avg=16847.16, stdev=1111.83
    lat (usec) : 100=0.01%, 250=0.17%, 500=0.26%, 750=0.01%, 1000=0.01%
    lat (msec) : 2=0.01%, 4=0.01%, 10=99.54%, 20=0.02%
  cpu          : usr=0.84%, sys=2.05%, ctx=462531, majf=0, minf=32
  IO depths    : 1=0.1%, 2=0.1%, 4=0.1%, 8=0.1%, 16=0.1%, 32=100.0%, >=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=0.0%, 32=0.1%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     issued    : total=r=0/w=2019874/d=0, short=r=0/w=0/d=0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=32

Run status group 0 (all jobs):
  WRITE: io=7890.2MB, aggrb=67324KB/s, minb=67324KB/s, maxb=67324KB/s, mint=120008msec, maxt=120008msec

Disk stats (read/write):
  vdb: ios=0/2019308, merge=0/0, ticks=0/15236212, in_queue=15035526, util=99.95%

（4）测试脚本

[root@10-60-94-140 ~]# vim rssd_test.sh
#!/bin/bash     
numjobs=16          # 测试线程数，要求不要超过CPU核数, 默认16
iodepth=32          # 每个线程IO队列深度, 默认32
bs=4k               # 每个I/O大小, 默认4k
rw=randread         # 读写方式, 默认随机读
dev_name=vdb        # 测试的块设备名， 默认vdb

if [[ $# == 0 ]]; then
  echo "Default test: `basename $0` $numjobs $iodepth $bs $rw $dev_name"
  echo "Or you can specify paramter:"
  echo "`basename $0` numjobs iodepth bs rw dev_name"
elif [[ $# == 5 ]]; then
  numjobs=$1
  iodepth=$2
  bs=$3
  rw=$4
  dev_name=$5
else
  echo "paramter number error!"
  echo "`basename $0` numjobs iodepth bs rw dev_name"
  exit 1
fi

nr_cpus=`cat /proc/cpuinfo |grep "processor" |wc -l`
if [ $nr_cpus -lt $numjobs ];then
  echo "Numjobs is more than cpu cores, exit!"
  exit -1
fi
nu=$((numjobs+1))
cpulist=""
for ((i=1;i<10;i++))
do
  list=`cat /sys/block/${dev_name}/mq/*/cpu_list | awk '{if(i<=NF) print $i;}' i="$i" | tr -d ',' | tr '\n' ','`
  if [ -z $list ];then
    break
  fi
  cpulist=${cpulist}${list}
done
spincpu=`echo $cpulist | cut -d ',' -f 2-${nu}` # 不使用0号核
echo $spincpu
echo $numjobs
echo 2 > /sys/block/${dev_name}/queue/rq_affinity
sleep 5
# 执行fio命令
fio --ioengine=libaio --runtime=30s --numjobs=${numjobs} --iodepth=${iodepth} --bs=${bs} --rw=${rw} --filename=/dev/${dev_name} --time_based=1 --direct=1 --name=test --group_reporting --cpus_allowed=$spincpu --cpus_allowed_policy=split

作者：UStarGao
链接：https://www.starcto.com/stress-test/283.html
来源：STARCTO
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

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