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Linux磁盘I/O性能测试利器:fio 命令

  • 2026-09-10 18:11:08
Linux磁盘I/O性能测试利器:fio 命令

为什么需要fio?

在实际生产环境中,了解磁盘的 I/O 性能至关重要:

  • 数据库(MySQL/PostgreSQL):需要高随机读写 IOPS

  • 消息队列(Kafka):需要持续的顺序写入吞吐量

  • 日志系统(ELK):需要均衡的读写性能

  • 虚拟化/容器平台:需要低延迟和高 IOPS 保障


fio是什么?

fio 由 Jens Axboe(Linux 内核块层核心维护者)开发,是目前 Linux 生态中最强大、最灵活的磁盘 I/O 性能测试工具。它支持:

  • 多种 I/O 类型:顺序/随机 读/写/读写混合

  • 多种 I/O 引擎:sync、mmap、libaio、io_uring、posixaio、sg 等

  • 精确的延迟统计:P50/P95/P99/P99.9 延迟分布

  • 丰富的 workload 模拟:数据库、文件服务器、Web 服务器等

  • 可编程 job file:支持多线程/多进程并发测试

  • 多种输出格式:终端文本、JSON、JSON+、Terse 等

fio概念示意图


实际演示

fio的参数众多,这里通过一个具体的例子来展示。这条命令模拟数据库的使用情况,读写比是7/3。

fio --name=oltp-sim \    --ioengine=libaio \    --direct=1 \    --bs=8k \    --size=3G \    --rw=randrw \    --rwmixread=70 \    --iodepth=32 \    --numjobs=4 \    --group_reporting \    --runtime=120 \    --time_based \    --ramp_time=30

选项介绍:

命令执行完整输出:

oltp-sim: (g=0): rw=randrw, bs=(R) 8192B-8192B, (W) 8192B-8192B, (T) 8192B-8192B, ioengine=libaio, iodepth=32...fio-3.36Starting 4 processesoltp-sim: Laying out IO file (1 file / 3072MiB)oltp-sim: Laying out IO file (1 file / 3072MiB)oltp-sim: Laying out IO file (1 file / 3072MiB)oltp-sim: Laying out IO file (1 file / 3072MiB)Jobs: 4 (f=4): [m(4)][100.0%][r=161MiB/s,w=70.5MiB/s][r=20.6k,w=9026 IOPS][eta 00m:00s]oltp-sim: (groupid=0, jobs=4): err= 0: pid=54727: Thu Jun 25 09:23:16 2026  read: IOPS=38.7k, BW=302MiB/s (317MB/s)(35.4GiB/120002msec)    slat (nsec): min=785, max=3517.1k, avg=5204.50, stdev=9422.74    clat (usec): min=55, max=201863, avg=2136.30, stdev=6055.59     lat (usec): min=153, max=201866, avg=2141.50, stdev=6055.62    clat percentiles (usec):     |  1.00th=[   685],  5.00th=[   914], 10.00th=[  1045], 20.00th=[  1254],     | 30.00th=[  1450], 40.00th=[  1696], 50.00th=[  1893], 60.00th=[  2057],     | 70.00th=[  2212], 80.00th=[  2376], 90.00th=[  2638], 95.00th=[  2868],     | 99.00th=[  3490], 99.50th=[  4146], 99.90th=[102237], 99.95th=[189793],     | 99.99th=[200279]   bw (  KiB/s): min=53589, max=374230, per=100.00%, avg=310733.49, stdev=22506.96, samples=944   iops        : min= 6696, max=46777, avg=38840.01, stdev=2813.37, samples=944  write: IOPS=16.6k, BW=130MiB/s (136MB/s)(15.2GiB/120002msec); 0 zone resets    slat (nsec): min=913, max=3425.1k, avg=5941.29, stdev=11093.02    clat (usec): min=301, max=201695, avg=2711.91, stdev=6906.19     lat (usec): min=324, max=201698, avg=2717.85, stdev=6906.22    clat percentiles (usec):     |  1.00th=[  1106],  5.00th=[  1434], 10.00th=[  1631], 20.00th=[  1844],     | 30.00th=[  2040], 40.00th=[  2180], 50.00th=[  2343], 60.00th=[  2474],     | 70.00th=[  2638], 80.00th=[  2835], 90.00th=[  3130], 95.00th=[  3425],     | 99.00th=[  4359], 99.50th=[  5342], 99.90th=[103285], 99.95th=[193987],     | 99.99th=[200279]   bw (  KiB/s): min=21968, max=163208, per=100.00%, avg=133093.00, stdev=9657.89, samples=944   iops        : min= 2744, max=20400, avg=16635.00, stdev=1207.25, samples=944  lat (usec)   : 100=0.01%, 250=0.01%, 500=0.13%, 750=1.04%, 1000=4.66%  lat (msec)   : 2=41.95%, 4=51.32%, 10=0.59%, 20=0.01%, 50=0.11%  lat (msec)   : 100=0.02%, 250=0.17%  cpu          : usr=3.95%, sys=10.33%, ctx=2211187, majf=0, minf=149  IO depths    : 1=0.0%, 2=0.0%, 4=0.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 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 rwts: total=4644062,1989240,0,0 short=0,0,0,0 dropped=0,0,0,0     latency   : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=32Run status group 0 (all jobs):   READ: bw=302MiB/s (317MB/s), 302MiB/s-302MiB/s (317MB/s-317MB/s), io=35.4GiB (38.0GB), run=120002-120002msec  WRITE: bw=130MiB/s (136MB/s), 130MiB/s-130MiB/s (136MB/s-136MB/s), io=15.2GiB (16.3GB), run=120002-120002msecDisk stats (read/write):  sdd: ios=5931652/2543396, sectors=94906432/40694712, merge=0/317, ticks=11765239/6307868, in_queue=18073398, util=96.20%

输出结果详解

读取性能

read: IOPS=38.7k, BW=302MiB/s (317MB/s)(35.4GiB/120002msec)
指标
值
说明
IOPS
38.7k
每秒读取38,700次I/O操作
带宽
302MiB/s
读取吞吐量
总读取量
35.4GiB
120秒内总共读取35.4GB数据

延迟指标(latency)

slat (nsec): min=785, max=3517.1k, avg=5204.50, stdev=9422.74clat (usec): min=55, max=201863, avg=2136.30, stdev=6055.59 lat (usec): min=153, max=201866, avg=2141.50, stdev=6055.62
缩写
全称
单位
平均值
说明
slat
Submission Latency
纳秒
5204
I/O提交延时:fio将I/O请求提交给内核的时间
clat
Completion Latency
微秒
2136
完成延时:I/O提交给内核,内核完成操作的时间
lat
Total Latency
微秒
2141
总延时,约等于上面二者之和

延时百分位数

clat percentiles(usec): |  1.00th=[   685],  5.00th=[   914], 10.00th=[  1045], 20.00th=[  1254], | 30.00th=[  1450], 40.00th=[  1696], 50.00th=[  1893], 60.00th=[  2057], | 70.00th=[  2212], 80.00th=[  2376], 90.00th=[  2638], 95.00th=[  2868], | 99.00th=[  3490], 99.50th=[  4146], 99.90th=[102237], 99.95th=[189793], | 99.99th=[200279]

解读:

  • P50 = 1893 μs:50%的读请求在1.89ms内完成(中位数)

  • P99 = 3490 μs:99%的读请求在3.49ms内完成

  • P99.9 = 102 ms:最差的0.1%请求需要超过100ms(尾延迟!)

  • P99.99 = 200 ms:极端情况下有200ms延迟

💡 重要:P99+的尾延迟非常高(100-200ms),这可能是磁盘瓶颈或GC导致的,对数据库性能影响很大。

带宽和IOPS分布

bw (KiB/s): min=53589, max=374230, avg=310733.49, stdev=22506.96, samples=944iops: min=6696, max=46777, avg=38840.01, stdev=2813.37, samples=944

采样944次,IOPS波动范围6.7k ~ 46.8k,标准差2813


写入性能

write: IOPS=16.6k, BW=130MiB/s (136MB/s)(15.2GiB/120002msec)
指标
值
说明
IOPS
16.6k
每秒写入16,600次
带宽
130MiB/s
写入吞吐量
总写入量
15.2GiB
120秒内写入15.2GB

写入延迟

    slat (nsec): min=913, max=3425.1k, avg=5941.29, stdev=11093.02    clat (usec): min=301, max=201695, avg=2711.91, stdev=6906.19     lat (usec): min=324, max=201698, avg=2717.85, stdev=6906.22

写入平均延迟2.7ms,比读取的2.1ms略高,符合预期。

写入延迟百分位数

| 99.00th=[  4359], 99.50th=[  5342], 99.90th=[103285], ...
  • P99写入延迟 = 4.36ms(读取是3.49ms)

  • P99.9同样有100ms+的尾延迟

延迟分布直方图

lat (usec): 100=0.01%, 250=0.01%, 500=0.13%, 750=1.04%, 1000=4.66%lat (msec): 2=41.95%, 4=51.32%, 10=0.59%, 20=0.01%, 50=0.11%lat (msec): 100=0.02%, 250=0.17%

关键发现:

  • ~93%的请求在4ms内完成(1ms内4.66% + 2ms内41.95% + 4ms内51.32%)

  • ~0.3%的请求超过50ms(尾延迟)

  • 总体分布:中间密集(2-4ms),尾部有很长的拖尾

CPU使用率

cpu: usr=3.95%, sys=10.33%, ctx=2211187, majf=0, minf=149
指标
值
说明
usr
3.95%
用户态CPU占比低(fio本身计算量小)
sys
10.33%
内核态CPU占比(处理I/O)
ctx
2,211,187
总上下文切换次数(约1.8万次/秒)
majf
0
无主缺页(无磁盘swap)
minf
149
次缺页(内存分配)

I/O深度统计

IO depths: 1=0.0%, 2=0.0%, 4=0.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=100.0%

✅100%时间保持iodepth=32,说明磁盘能跟上队列深度,没有出现队列积压不足的情况。

submit: 0=0.0%, 4=100.0%, ...complete: 0=0.0%, 4=100.0%, ...

批量提交/完成:每次批量处理4个I/O,符合libaio的批处理特性。

I/O总量统计

issued rwts: total=4644062,1989240,0,0
  • 读操作:4,644,062次

  • 写操作:1,989,240次

  • 读写比例 = 70:30 ✓(完全符合rwmixread=70的配置)

磁盘级别统计

sdd: ios=5931652/2543396, sectors=94906432/40694712, merge=0/317,      ticks=11765239/6307868, in_queue=18073398, util=96.20%
指标
值
说明
util
96.2%
磁盘利用率96.2%,接近饱和
ios
5.9M / 2.5M
磁盘层面的读/写I/O数
merge
0 / 317
读I/O完全没有合并,写有少量合并
in_queue
18M
I/O在队列中的总等待时间(毫秒)

⚠️ util=96.2%是关键指标:磁盘已经接近100%繁忙,这是P99.9延迟飙升的根本原因!

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