Linux性能优化（一）——stress压力测试工具

一、stress简介

1、stress简介

stress是Linux的一个压力测试工具，可以对CPU、Memory、IO、磁盘进行压力测试。

2、stress安装

安装：
sudo yum install stress

二、stress使用

1、stress命令

stress [OPTION [ARG]]
-c, --cpu N：产生N个进程，每个进程都循环调用sqrt函数产生CPU压力。
-i, --io N：产生N个进程，每个进程循环调用sync将内存缓冲区内容写到磁盘上，产生IO压力。通过系统调用sync刷新内存缓冲区数据到磁盘中，以确保同步。如果缓冲区内数据较少，写到磁盘中的数据也较少，不会产生IO压力。在SSD磁盘环境中尤为明显，很可能iowait总是0，却因为大量调用系统调用sync，导致系统CPU使用率sys 升高。
-m, --vm N：产生N个进程，每个进程循环调用malloc/free函数分配和释放内存。
    --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, --hdd 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)
    --hdd-bytes B：指定文件大小
--hdd-noclean：不要将写入随机ASCII数据的文件Unlink
-t, --timeout N：在N秒后结束程序
--backoff N：等待N微秒后开始运行
-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

2、CPU测试

stress --cpu 2 --timeout 60
开启2个CPU进程执行sqrt计算，60秒后结束
Linux性能优化（一）——stress压力测试工具

3、IO测试

stress --io 2 --timeout 60s
开启2个IO进程，执行sync系统调用，刷新内存缓冲区到磁盘
Linux性能优化（一）——stress压力测试工具
使用stress无法模拟iowait升高，但sys升高。stress -i参数表示通过系统调用sync来模拟IO问题，但sync是刷新内存缓冲区数据到磁盘中，以确保同步。如果内存缓冲区内没多少数据，读写到磁盘中的数据也就不多，没法产生IO压力。使用SSD磁盘的环境中尤为明显，iowait一直为0，但因为大量系统调用，导致系统CPU使用率sys升高。
stress --io 2 --hdd 2 --timeout 60s
开启2个IO进程，2个磁盘IO进程
Linux性能优化（一）——stress压力测试工具

4、Memory测试

stress --vm 2 --vm-bytes 1G --vm-hang 100 --timeout 100s
开启2个进程分配内存，每次分配1GB内存，保持100秒后释放，100秒后退出。
Linux性能优化（一）——stress压力测试工具

5、磁盘IO测试

stress --hdd 2 --hdd-bytes 10G --backoff 2000000
开启2个磁盘IO进程，每次写10GB数据到磁盘
Linux性能优化（一）——stress压力测试工具

三、stress测试场景

1、CPU密集型进程

stress --cpu 2 --timeout 600
模拟启动2个CPU密集型进程
uptime
查看系统平均负载，如下：
Linux性能优化（一）——stress压力测试工具
mpstat -P ALL 5 1
查看CPU使用情况，如下：

pidstat -u 5
查看进程负载情况，如下：

（1）通过uptime可以观察系统平均负载较高。
（2）通过mpstat观察到CPU0和CPU2的用户态CPU使用率很高，而iowait为0，说明进程是CPU密集型。进程使用CPU密集导致系统平均负载变高、CPU使用率变高。
（3）可以通过pidstat查看是stress进程导致CPU使用率较高。

2、IO密集型进程

stress -i 1 --hdd 1 --timeout 600
模拟1个worker调用sync刷新内存缓冲区write到磁盘。
uptime
查看系统平均负载，如下：
Linux性能优化（一）——stress压力测试工具
mpstat -P ALL 5
查看CPU使用情况，如下：

（1）可以通过uptime观察到，系统平均负载很高。
（2）通过mpstat观察到内核态CPU使用率很低，但iowait很高，一直在等待IO处理，说明进程是IO密集型。进程频繁进行IO操作，导致系统平均负载很高而CPU使用率不高。

3、等待CPU进程

本机4个逻辑CPU，模拟8个进程。
stress -c 8 --timeout 600
模拟8个CPU密集型进程
uptime
查看系统平均负载，如下：
Linux性能优化（一）——stress压力测试工具
mpstat -P ALL 5
查看CPU使用率情况，如下：

pidstat -u 5
查看进程的CPU使用情况，如下：

（1）通过uptime观察到系统平均负载很高
（2）通过mpstat观察到用户态CPU使用率很高，iowait为0，说明进程是CPU密集型或者进程间存在CPU争用。
（3）通过pidstat观察到wait指标很高，说明进程间存在CPU争用，系统中存在大量进程在等待使用CPU。

四、stress-ng简介

1、stress-ng简介

stress-ng完全兼容stress, 并且在stress基础上增加数百个选项参数，支持产生各种复杂的压力。

2、stress-ng安装

stress-ng源码下载：
https://kernel.ubuntu.com/~cking/tarballs/stress-ng/
编译：
make
安装：
sudo make install

3、stress-ng命令

stress-ng [OPTION [ARG]]
stress-ng --cpu 2 --cpu-method pi
产生2个worker做圆周率算法压力
stress-ng --cpu 2 --cpu-method all
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
stress-ng --sock 2
产生2个worker调用socket相关函数产生压力
stress-ng --tsc 2
产生2个worker读取tsc产生压力
stress-ng --sock 4 --taskset 0-1,3
strss-ng将压力指定到指定CPU上