linux系统上做性能压力测试 —— 筑梦之路_linux性能测试

这里主要使用stress 和 stress-ng。

简介

stress:

stress 是一款简单但功能强大的工具，可对 Linux 系统施加可配置的 CPU、内存、I/O 或磁盘压力。通过模拟繁重的工作负载，系统管理员可以观察系统在压力下的表现反应。

这一工具的价值在于找出系统潜在的薄弱环节，确保系统能够在不影响性能的情况下处理繁重的任务。

stress-ng:

stress-ng 是 stress 的扩展版本，它超越了前者的基本功能，提供的压力测试范围更广，不仅包括 CPU、内存、I/O 和磁盘压力，还包括对进程间通信、套接字和各种文件操作的额外测试。

stress 和 stress-ng 对 Linux 系统的前瞻性管理都有很大帮助，使管理员和程序员能够优化系统配置、识别潜在问题并提高系统的整体可靠性。

stress

1. 在常用的发行版操作系统上安装

sudo apt install stress         [On Debian, Ubuntu and Mint]
sudo yum install stress         [On RHEL/CentOS/Fedora and Rocky/AlmaLinux]
sudo emerge -a sys-apps/stress  [On Gentoo Linux]
sudo apk add stress             [On Alpine Linux]
sudo pacman -S stress           [On Arch Linux]
sudo zypper install stress      [On OpenSUSE]    
sudo pkg install stress         [On FreeBSD]

2. 帮助信息

stress --help
--------------------------------------------------------------------------------
`stress' imposes certain types of compute stress on your system
Usage: stress [OPTION [ARG]] ...
 -?, --help         show this help statement
     --version      show version statement
 -v, --verbose      be verbose
 -q, --quiet        be quiet
 -n, --dry-run      show what would have been done
 -t, --timeout N    timeout after N seconds
     --backoff N    wait factor of N microseconds before work starts
 -c, --cpu N        spawn N workers spinning on sqrt()
 -i, --io N         spawn N workers spinning on sync()
 -m, --vm N         spawn N workers spinning on malloc()/free()
     --vm-bytes B   malloc B bytes per vm worker (default is 256MB)
     --vm-stride B  touch a byte every B bytes (default is 4096)
     --vm-hang N    sleep N secs before free (default none, 0 is inf)
     --vm-keep      redirty memory instead of freeing and reallocating
 -d, --hdd N        spawn N workers spinning on write()/unlink()
     --hdd-bytes B  write B bytes per hdd worker (default is 1GB)
Example: stress --cpu 8 --io 4 --vm 2 --vm-bytes 128M --timeout 10s
Note: Numbers may be suffixed with s,m,h,d,y (time) or B,K,M,G (size).
对应介绍：
-c, --cpu N： 产生 N 个进程，每个进程都反复不停的计算随机数的平方根;
-i, --io N： 产生 N 个进程，每个进程反复调用 sync() 将内存上的内容写到硬盘上;
-m, --vm N： 产生 N 个进程，每个进程不断分配和释放内存;
--vm-bytes B： 指定分配内存的大小;
--vm-stride B： 不断的给部分内存赋值，让 COW(Copy On Write)发生;
--vm-hang N： 指示每个消耗内存的进程在分配到内存后转入睡眠状态 N 秒，然后释放内存，一直重复执行这个过程;
--vm-keep： 一直占用内存，区别于不断的释放和重新分配(默认是不断释放并重新分配内存);
-d, --hadd N： 产生 N 个不断执行 write 和 unlink 函数的进程(创建文件，写入内容，删除文件);
--hadd-bytes B： 指定文件大小;
-t, --timeout N： 在 N 秒后结束程序;
--backoff N： 等待N微妙后开始运行;
-q, --quiet： 程序在运行的过程中不输出信息;
-n, --dry-run： 输出程序会做什么而并不实际执行相关的操作;
--version： 显示版本号;
-v, --verbose： 显示详细的信息

3. 使用示例

# CPU压测
 
stress --cpu 8 --timeout 20
 
stress 消耗 CPU 资源是通过调用 sqrt() 函数（计算由 rand() 函数产生的随机数的平方根）实现。命令会产生 8 个这样的子进程不断计算，超时时间为20秒，结束后再次运行 uptime 比较平均负载
 
使用 top 命令查看 CPU 的状态(CPU 在用户态满负荷运转)
 
stress --cpu 8 -v --timeout 30s
 
启动 8 个 sqrt() 子进程，超时时间 30s，同时显示有关操作的详细信息
 
# 内存压测
 
stress --vm 8 --timeout 20s
 
产生 8 个子进程，超时时间 20s，每个进程不断分配和释放内存
 
stress --vm 2 --vm-bytes 2048M --vm-keep --timeout 20s
 
产生 2 个子进程，每个进程分配 2048M 内存
 
#################
 
–vm-keep & –vm-hang N
 
–vm-keep：一直占用内存，区别于不断的释放和重新分配(默认是不断释放并重新分配内存)；
 
–vm-hang N：指示每个消耗内存的进程在分配到内存后转入睡眠状态 N 秒，然后释放内存，一直重复执行这个过程；
 
–vm-keep 和 --vm-hang 都可以用来模拟只有少量内存的机器，但是指定它们时 CPU 的使用情况是不一样的
 
## stress --vm 2 --vm-bytes 2048M --vm-keep --timeout 20s
 
--vm-keep：CPU 负载高
 
一直在进行默认的 stride 操作，cpu user 非常高(cpu 在用户态忙碌)
 
## stress --vm 2 --vm-bytes 2048M --vm-hang 5 --timeout 20s
 
-vm-hang N：CPU 负载不高
 
#############
 
–vm-stride B
 
不断的给部分内存赋值，让 COW(Copy On Write)发生，只要指定了内存相关的选项，这个操作就会执行，默认大小为的 4096M，赋值内存的比例由参数决定
 
for (i = 0; i < bytes; i += stride)
    ptr[i] = ‘Z’; /* Ensure that COW happens. */
 
bytes 为消耗的总内存大小，stride 为间隔。该参数会影响 CPU：us 和 sy
 
 
单独的赋值和对比操作可以让 CPU 在用户态的负载占到 99% 以上。–vm-stride 值增大就意味着减少赋值和对比操作，这样就增加了内存的释放和分配次数(cpu在内核空间的负载)。
 
不指定 --vm-stride 选项就使用默认值是 4096
 
stress --vm 2 --vm-bytes 500M --vm-stride 64M --timeout 20s
 
stress --vm 2 --vm-bytes 500M --vm-stride 1024M --timeout 20s
 
 
# IO压测
 
stress -i 8 --timeout 20s
 
产生 8 个进程，每个进程都反复调用 sync() 函数将内存上的内容写到硬盘上
 
使用 top 命令查看 CPU 的状态，sy 升高，wa(iowait) 非常高
 
 
# 磁盘压测和IO
 
stress -d 1 --hdd-bytes 10M --timeout 20s
 
产生 1 个进程不断的在磁盘上创建 10M 大小的文件并写入内容
 
使用 top 命令查看 CPU 的状态(此时的 CPU 主要消耗在内核态)，iostat 2 输出，高 iowait，瓶颈是写磁盘
 
 
执行多个类型的任务，比如产生 4 个 CPU 进程、3 个 IO 进程、2 个 256M 的 vm 进程，并且每个 vm 进程中循环分配释放内存：
 
stress --cpu 4 --io 3 --vm 2 --vm-bytes 256M --vm-keep --timeout 20s

stress-ng

stress-ng 完全兼容 stress, 并且在此基础上通过几百个参数，可以产生各种复杂的压力

1. 安装

sudo apt install stress-ng         [On Debian, Ubuntu and Mint]
sudo yum install stress-ng         [On RHEL/CentOS/Fedora and Rocky/AlmaLinux]
sudo emerge -a sys-apps/stress-ng  [On Gentoo Linux]
sudo apk add stress-ng             [On Alpine Linux]
sudo pacman -S stress-ng           [On Arch Linux]
sudo zypper install stress-ng      [On OpenSUSE]    
sudo pkg install stress-ng         [On FreeBSD]

2. 常用参数选项

-h，--help：显示帮助信息;
 
--version：显示版本信息；
 
-t,–timeout：指定程序运行结束的时间，后面直接跟数字，单位为秒；
 
-c,–-cpu：后面空格跟一个整数，表示测试CPU的进程数,--cpu 4 :表示生成4个worker循环调用sqrt()产生cpu压力;
 
-i,--io：后面空格跟一个整数，表示测试磁盘I/O的进程数， --io 4 :表示生成4个worker循环调用sync()产生io压力；
 
-m,--vm：后面空格跟一个整数，表示测试内存的进程数，--vm 4 :表示生成4个worker循环调用malloc()/free()产生内存压力；
 
-d,--hdd：后面空格直接跟数字，表示产生执行write和unlink函数的进程数，用于磁盘负载测试；
 
--cpu-method：指定CPU的测试方法，后面空格直接跟方法名；
 
--metrics：输出命令执行指标；
 
--vm-bytes：指定在内存测试时malloc的字节数，默认256M；
 
--class：指定测试类别，后面空格跟类别名；
 
--matrix：启用矩阵测试模式，后面空格跟矩阵模式名；
 
--random-seed：指定测试随机种子，后面空格跟种子名；
 
--sequential：启用顺序测试模式；
 
--hdd-bytes：指定写的字节数；
 
--cpu-load：CPU负载占比，后面空格直接跟数字，单位为百分比;

3. 使用示例

# CPU压测
 
stress-ng --cpu 4 --cpu-method matrixprod --timeout 20s
 
使用 4 个 CPU 进程数，进行矩阵乘法计算以进行压力测试，持续时间为20秒
 
stress-ng -c 2 --cpu-method pi --timeout 20s
 
产生 2 个 worker 做圆周率算法压力
 
stress-ng -c 2 --cpu-method all --timeout 20s
 
产生 2 个 worker 迭代使用 30 多种不同的压力算法，包括pi, crc16, fft等等
 
stress-ng --sock 2 --timeout 20s
 
产生 2 个 worker 调用 socket 相关函数产生压力
 
stress-ng --tsc 2 --timeout 20s
 
产生 2 个 worker 读取 tsc 产生压力
 
 
stress-ng --tsc 2 --taskset 0 --timeout 20s
 
将压力指定到特定的cpu 0上
 
 
# 内存压测
 
stress-ng --vm 4 --vm-bytes 512M --timeout 20s
 
用 4 个内存分配进程， 每次分配大小512M，分配后不释放，保持测试20秒
 
# IO负载压测
 
stress-ng --io 4 --timeout 20s
 
使用 4 个 IO 进程 ，保持测试20秒
 
 
# 磁盘IO压测
 
stress-ng --io 4 --hdd 1 --hdd-bytes 1G --timeout 20s
 
使用 4 个I/O进程， 1 个写进程，每次写1G 文件块，测试20秒