Linux服务器如何进行压力测试

Linux服务器压力测试的目的

Linux压力测试是检验交付Linux服务器性能稳定性的最有效方式。在业务还未部署的情况下，可以通过对服务器CPU、内存、磁盘IO进行简单压力测试，提前暴露硬件问题。

stress-ng进行Linux系统压力测试(CPU、内存、磁盘IO)

一）.环境

OS:CentOS Linux release 7.4

# more /etc/redhat-release 
CentOS Linux release 7.4.1708 (Core) 

CPU：1核心
Memory：1GB

二）.stress-ng作用及常用参数

stress-ng兼容stress, 支持产生对CPU、内存、磁盘等各种复杂的压力测试。
常用命令参数如下：

三）.stress-ng安装

1.获取stress-ng安装包

# wget https://fossies.org/linux/privat/stress-ng-0.15.00.tar.gz

2.解压缩stress-ng安装包

# tar xf stress-ng-0.15.00.tar.gz

3.编译

# cd stress-ng-0.15.00/
# make

4.安装

# make install
mkdir -p /usr/bin
cp stress-ng /usr/bin
mkdir -p /usr/share/man/man1
cp stress-ng.1.gz /usr/share/man/man1
mkdir -p /usr/share/stress-ng/example-jobs
cp -r example-jobs/*.job /usr/share/stress-ng/example-jobs
mkdir -p /usr/share/bash-completion/completions
cp bash-completion/stress-ng /usr/share/bash-completion/completions

5.确认安装版本

# stress-ng --version
stress-ng, version 0.15.00 (gcc 4.8, x86_64 Linux 3.10.0-693.11.6.el7.x86_64)

四）.通过stress-ng进行压力测试

查看CPU个数等情况

# cat /proc/cpuinfo
processor       : 0
vendor_id       : GenuineIntel
cpu family      : 6
model           : 78
model name      : Intel(R) Core(TM) i5-6200U CPU @ 2.30GHz
stepping        : 3
microcode       : 0xcc
cpu MHz         : 2400.002
cache size      : 3072 KB
physical id     : 0
siblings        : 1
core id         : 0
cpu cores       : 1
apicid          : 0
initial apicid  : 0
fpu             : yes
fpu_exception   : yes
cpuid level     : 22
wp              : yes
flags           : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush mmx fxsr sse sse2 ss syscall nx pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc arch_perfmon nopl xtopology tsc_reliable nonstop_tsc pni pclmulqdq ssse3 fma cx16 pcid sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt aes xsave avx f16c rdrand hypervisor lahf_lm 3dnowprefetch spec_ctrl ibpb_support fsgsbase smep arat
bogomips        : 4800.00
clflush size    : 64
cache_alignment : 64
address sizes   : 40 bits physical, 48 bits virtual
power management:

查看内存大小等情况

# cat /proc/meminfo
MemTotal:        1007600 kB
MemFree:          352660 kB
MemAvailable:     553008 kB
Buffers:            2116 kB
Cached:           317624 kB
SwapCached:            0 kB
Active:           265148 kB
Inactive:         239676 kB
Active(anon):     186020 kB
Inactive(anon):     6552 kB
Active(file):      79128 kB
Inactive(file):   233124 kB
Unevictable:           0 kB
Mlocked:               0 kB
SwapTotal:       2097148 kB
SwapFree:        2097148 kB
Dirty:                 0 kB
Writeback:             0 kB
AnonPages:        185116 kB
Mapped:            87716 kB
Shmem:              7488 kB
Slab:              62788 kB
SReclaimable:      31696 kB
SUnreclaim:        31092 kB
KernelStack:        4736 kB
PageTables:        14712 kB
NFS_Unstable:          0 kB
Bounce:                0 kB
WritebackTmp:          0 kB
CommitLimit:     2600948 kB
Committed_AS:    1236704 kB
VmallocTotal:   34359738367 kB
VmallocUsed:      176160 kB
VmallocChunk:   34359326716 kB
HardwareCorrupted:     0 kB
AnonHugePages:     40960 kB
HugePages_Total:       0
HugePages_Free:        0
HugePages_Rsvd:        0
HugePages_Surp:        0
Hugepagesize:       2048 kB
DirectMap4k:       77696 kB
DirectMap2M:      970752 kB
DirectMap1G:           0 kB

查看磁盘大小等情况

# df -h
Filesystem                          Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/centos_chefserver-root   17G   10G  7.1G  59% /
devtmpfs                            477M     0  477M   0% /dev
tmpfs                               492M     0  492M   0% /dev/shm
tmpfs                               492M  7.2M  485M   2% /run
tmpfs                               492M     0  492M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1                          1014M  217M  798M  22% /boot
tmpfs                                99M   12K   99M   1% /run/user/42
tmpfs                                99M     0   99M   0% /run/user/0

查看压测前进程状况

# top

查看压测前内存状况

# free

CPU压测：开启1个CPU进程执行sqrt计算，180秒后结束

# stress-ng --cpu 1 --timeout 180
stress-ng: info:  [10412] setting to a 180 second (3 mins, 0.00 secs) run per stressor
stress-ng: info:  [10412] dispatching hogs: 1 cpu
stress-ng: info:  [10412] successful run completed in 180.00s (3 mins, 0.00 secs)

# stress-ng --cpu 1 --timeout 604800
##进行连续7*24小时运算

内存压测：开启4个进程分配内存，每次分配512M，保持180秒后释放，180秒后退出

# stress-ng --vm 4 --vm-bytes 512M --vm-hang 180 --timeout 180s
stress-ng: info:  [10231] setting to a 180 second (3 mins, 0.00 secs) run per stressor
stress-ng: info:  [10231] dispatching hogs: 4 vm
stress-ng: warn:  [10231] metrics-check: all bogo-op counters are zero, data may be incorrect
stress-ng: info:  [10231] successful run completed in 180.04s (3 mins, 0.04 secs)

压测磁盘io:开启5个磁盘IO进程，每次写1GB数据到磁盘，180秒后退出

# stress-ng --hdd 5 --hdd-bytes 1G --timeout 180s
stress-ng: info:  [10527] setting to a 180 second (3 mins, 0.00 secs) run per stressor
stress-ng: info:  [10527] dispatching hogs: 5 hdd
stress-ng: info:  [10527] successful run completed in 182.16s (3 mins, 2.16 secs)

FIO进行Linux系统压力测试(磁盘IO)

一）.环境

OS:CentOS Linux release 7.4

# more /etc/redhat-release 
CentOS Linux release 7.4.1708 (Core) 

CPU：1核心
Memory：1GB

二）.FIO作用及常用参数

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 命令常用参数：

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=randread：测试随机读的I/O
rw=randrw 测试随机写和读的I/O
rw=read：测试读的I/O
rw=write：测试写的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。
allow_mounted_write=1 是否允许对存储设备写入数据，各取值含义，1：允许，0：不允许
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)

三）.fio安装

1.获取fio安装包

# wget https://brick.kernel.dk/snaps/fio-2.1.10.tar.gz --no-check-certificate

2.解压缩fio安装包

# tar xf fio-2.1.10.tar.gz 

3.编译

安装fio工具依赖的软件包libaio-devel
# yum install libaio-devel
# cd fio-2.1.10/
# ./configure
# make

4.安装

# make install
install -m 755 -d /usr/local/bin
install fio tools/fio_generate_plots tools/plot/fio2gnuplot tools/genfio /usr/local/bin
install -m 755 -d /usr/local/man/man1
install -m 644 fio.1 /usr/local/man/man1
install -m 644 tools/fio_generate_plots.1 /usr/local/man/man1
install -m 644 tools/plot/fio2gnuplot.1 /usr/local/man/man1
install -m 755 -d /usr/local/share/fio
install -m 644 tools/plot/*gpm /usr/local/share/fio/

5.确认安装版本

# fio -version
fio-2.1.10

四）.通过FIO进行压力测试

FIO例子：单次io的块文件大小为4k，使用directIO，使用pthread_create创建线程，队列的深度为16

# 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=4K-4K/4K-4K/4K-4K, ioengine=libaio, iodepth=16
fio-2.1.10
Starting 1 thread
Jobs: 1 (f=1): [R] [5.3% done] [105KB/0KB/0KB /s] [26/0/0 iops] [eta 18m:11s]      
BS 4KB read test: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=14689: Sun Dec  4 01:52:28 2022
  read : io=1083.9MB, bw=18323KB/s, iops=4580, runt= 60571msec
    slat (usec): min=23, max=27887, avg=62.91, stdev=142.56
    clat (usec): min=1, max=782461, avg=3425.69, stdev=23047.85
     lat (usec): min=45, max=782608, avg=3489.34, stdev=23059.79
    clat percentiles (usec):
     |  1.00th=[  668],  5.00th=[  692], 10.00th=[  708], 20.00th=[  724],
     | 30.00th=[  732], 40.00th=[  756], 50.00th=[  780], 60.00th=[  852],
     | 70.00th=[ 1064], 80.00th=[ 1704], 90.00th=[ 4320], 95.00th=[ 6432],
     | 99.00th=[42240], 99.50th=[166912], 99.90th=[387072], 99.95th=[399360],
     | 99.99th=[643072]
    bw (KB  /s): min=   91, max=75016, per=100.00%, avg=18788.61, stdev=26522.46
    lat (usec) : 2=0.01%, 4=0.01%, 10=0.01%, 50=0.01%, 100=0.02%
    lat (usec) : 250=0.07%, 500=0.11%, 750=38.31%, 1000=29.12%
    lat (msec) : 2=14.61%, 4=6.90%, 10=9.26%, 20=0.52%, 50=0.28%
    lat (msec) : 100=0.17%, 250=0.31%, 500=0.28%, 750=0.02%, 1000=0.01%
  cpu          : usr=0.60%, sys=30.55%, ctx=26540, majf=0, minf=24
  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    : total=r=277454/w=0/d=0, short=r=0/w=0/d=0
     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=16

Run status group 0 (all jobs):
   READ: io=1083.9MB, aggrb=18322KB/s, minb=18322KB/s, maxb=18322KB/s, mint=60571msec, maxt=60571msec

Disk stats (read/write):
  sda: ios=277450/57, merge=0/8, ticks=737638/184, in_queue=740248, util=99.04%

FIO压测结果说明：

io=执行了多少M的IO
bw=平均IO带宽
iops=IOPS，每秒的输入输出量
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

顺序读

# fio -filename=/dev/sda -direct=1 -ioengine=libaio -iodepth=128 -bs=1m -rw=read -numjobs=1 --ramp_time=10 -runtime=20m -group_reporting -name=mytest

顺序写：

# fio -filename=/dev/sda -direct=1 -ioengine=libaio -iodepth=128 -bs=1m -rw=write -numjobs=1 --ramp_time=10 -runtime=20m -group_reporting -name=mytest

随机读：

# fio  -filename=/dev/sda -direct=1 -ioengine=libaio -iodepth=128 -bs=4k -rw=randread -numjobs=4  --ramp_time=10 -runtime=20m -group_reporting -name=mytest

随机写：

# fio  -filename=/dev/sda -direct=1 -ioengine=libaio -iodepth=128 -bs=4k -rw=randwrite -numjobs=4 --ramp_time=10 -runtime=20m -group_reporting -name=mytest

memtester进行Linux系统压力测试(内存)

一）.环境

OS:CentOS Linux release 7.4

# more /etc/redhat-release 
CentOS Linux release 7.4.1708 (Core) 

CPU：1核心
Memory：1GB

二）.memtester作用及常用参数

一款在用户空间下，用于测试内存正确性的实用工具，适用于大多数平台。可以在32位或64位的类Unix操作系统编译和运行（当然也包括MacOs）。这款工具主要面向硬件开发人员，从4.1.0版本开始，memtester可以指定起始物理内存地址进行测试。

memtester 命令常用参数：

Usage: memtester [-p physaddrbase [-d device]] <mem>[B|K|M|G] [loops]
参数解释
-p PHYSADDR: 用于指定起始物理内存地址开始测试（16进制的地址格式），一般是硬件工程师用来测试内存映射的设备IO等场景。指定内存地址会覆盖对应地址的内存数据（这部分内存可能是系统或者其他应用在用的），从而导致crash。
-d 默认使用/dev/mem，我们不用指定 mem: 默认使用M（MB），可以指定B, K, M, or G（分别代表 bytes, kilobytes, megabytes, or gigabytes）
loops:测试次数，默认无限次数执行下去

三）.memtester安装

1.获取memtester安装包

# wget https://fossies.org/linux/misc/memtester-4.5.1.tar.gz

2.解压缩fio安装包

# tar xf memtester-4.5.1.tar.gz 

3.编译

# cd memtester-4.5.1/
# make

4.安装

# make install
mkdir -m 755 -p /usr/local/bin
install -m 755 memtester /usr/local/bin/
mkdir -m 755 -p /usr/local/man/man8
gzip -c memtester.8 >memtester.8.gz ; install -m 644 memtester.8.gz /usr/local/man/man8/

5.确认安装版本

# memtester version
memtester version 4.5.1 (64-bit)
Copyright (C) 2001-2020 Charles Cazabon.
Licensed under the GNU General Public License version 2 (only).

pagesize is 4096
pagesizemask is 0xfffffffffffff000

四）.通过memtester进行压力测试

内存压测：分配512m内存用于memtester，循环1次

# memtester 512M  1

memtester version 4.5.1 (64-bit)
Copyright (C) 2001-2020 Charles Cazabon.
Licensed under the GNU General Public License version 2 (only).

pagesize is 4096
pagesizemask is 0xfffffffffffff000
want 512MB (536870912 bytes)
got  512MB (536870912 bytes), trying mlock ...locked.
Loop 1/1:
  Stuck Address       : ok         
  Random Value        : ok
  Compare XOR         : ok
  Compare SUB         : ok
  Compare MUL         : ok
  Compare DIV         : ok
  Compare OR          : ok
  Compare AND         : ok
  Sequential Increment: ok
  Solid Bits          : ok         
  Block Sequential    : ok         
  Checkerboard        : ok         
  Bit Spread          : ok         
  Bit Flip            : ok         
  Walking Ones        : ok         
  Walking Zeroes      : ok         
  8-bit Writes        : ok
  16-bit Writes       : ok

Done.

退出码

0：正常退出 
x01：内存分配或者锁定失败 
x02：stuck Address测试失败 
x04：其他测试失败 

最佳实践

1.在32位系统上运行memtester的话，memtester最多只能申请使用**4GB**内存。 
2.不要指定memtester测试内存大于系统的可用内存，如果超额申请过多内存，会明显影响其他进程，最终可能会被系统杀掉（OOM killer）（其实这么做根本无法启动memtester） 
3.尽量在root权限下执行memtester，以便让memtester能申请到指定的内存大小。

Linux压力测试的判断

测试通过标准：

1.测试时间周期内及过程中未出现系统无法响应的情况；
2.测试过程中监控内存和CPU频率、带宽、温度、功耗，无降频现象，过程中内存带宽保持满负载运行，温度与功耗平稳。
3.检查测试时间周期内系统日志，无异常。

关联URL：
Fossies(The Fresh Open Source Software Archive)：https://fossies.org/
FIO github：https://github.com/axboe/fio