Linux系统压力测试工具stress

Posted 2023-01-20 rayylee

linux系统下，可以使用stress 命令主要用来模拟系统负载较高时的场景，本文介绍其基本用法。

环境为： centos8.2

1. 基本语法

iostat属于sysstat软件包。可以直接安装。

# yum -y install sysstat

语法格式：
stress

常用选项：
-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

2. 安装 stress

centos8.2 系统默认没有安装 stress，需要通过下面的命令安装：

# yum install stress
# stress --version
stress 1.0.4

3. 消耗 CPU 资源

stress 消耗 CPU 资源的方式是通过调用 sqrt 函数计算由 rand 函数产生的随机数的平方根实现的。下面的命令会产生 4 个这样的进程不断的进行计算：

# stress -c 4
stress: info: [128235] dispatching hogs: 4 cpu, 0 io, 0 vm, 0 hdd

使用 top 命令查看 CPU 的状态如下(CPU 在用户态满负荷运转)：

%Cpu(s): 100.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni, 0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st

4. 消耗内存资源

下面的命令产生两个子进程，每个进程分配 300M 内存：

# stress --vm 2 --vm-bytes 300M --vm-keep

# ps aux | grep stress
root      128349  0.0  0.0   7972  1216 pts/1    S+   21:56   0:00 stress --vm 2 --vm-bytes 300M --vm-keep
root      128350  112  3.8 315176 307464 pts/1   R+   21:56   0:04 stress --vm 2 --vm-bytes 300M --vm-keep
root      128351  112  3.8 315176 307464 pts/1   R+   21:56   0:04 stress --vm 2 --vm-bytes 300M --vm-keep

父进程处于睡眠状态，两个子进程负责资源消耗。

–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 500M --vm-keep

%Cpu(s): 98.6 us,  1.4 sy,

一直在进行默认的 stride 操作，user 非常高(cpu 在用户态忙碌)。

# stress --vm 2 --vm-bytes 500M --vm-hang 5

%Cpu(s):    0.7 us,   9.0 sy
%Cpu(s):    0.7 us,   0.0 sy

上面这两种状态不断切换，但整体上看 CPU 的负载并不高。

–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，只是大小为默认的 4096。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 状态 us 和 sy：

# stress --vm 2 --vm-bytes 500M --vm-stride 64

%Cpu(s):  45.7 us, 54.3 sy

# stress --vm 2 --vm-bytes 500M --vm-stride 1M

%Cpu(s):  0.7 us, 99.3 sy

为什么会产生这样的结果？原因是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，CPU 负载情况居于前两者之间：

# stress --vm 2 --vm-bytes 500M

%Cpu(s):  5.6 us, 94.1 sy

5.消耗 IO 资源

下面的命令产生 4 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：

# stress -i 4
stress: info: [128608] dispatching hogs: 0 cpu, 4 io, 0 vm, 0 hdd

使用 top 命令查看 CPU 的状态如下：

%Cpu(s):  3.1 us, 34.4 sy,  0.0 ni, 0.0 id,  62.2 wa,  0.0 hi,  0.4 si,  0.0 st

sy 升高，wa(iowait) 非常高。

6.压测磁盘及 IO

下面的命令创建一个进程不断的在磁盘上创建 10M 大小的文件并写入内容：

# stress -d 1 --hdd-bytes 10M
stress: info: [128669] dispatching hogs: 0 cpu, 0 io, 0 vm, 1 hdd

使用 top 命令查看 CPU 的状态如下(此时的 CPU 主要消耗在内核态)：

%Cpu(s):  0.7 us, 99.3 sy,  0.0 ni, 0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st

iostat 2 查看输出，同样是高 iowait，瓶颈是写磁盘。

7.其它选项介绍

–verbose
显示 stress 程序运行过程中的详细信息：

# stress -d 1 --hdd-bytes 1G --verbose
stress: info: [128808] dispatching hogs: 0 cpu, 0 io, 0 vm, 1 hdd
stress: dbug: [128808] using backoff sleep of 3000us
stress: dbug: [128808] --> hoghdd worker 1 [128809] forked
stress: dbug: [128809] seeding 1048575 byte buffer with random data
stress: dbug: [128809] opened ./stress.oQCCF6 for writing 1073741824 bytes
stress: dbug: [128809] unlinking ./stress.oQCCF6
stress: dbug: [128809] fast writing to ./stress.oQCCF6
stress: dbug: [128809] slow writing to ./stress.oQCCF6
stress: dbug: [128809] closing ./stress.oQCCF6 after 1073741824 bytes
stress: dbug: [128809] opened ./stress.eLo4H8 for writing 1073741824 bytes
stress: dbug: [128809] unlinking ./stress.eLo4H8
stress: dbug: [128809] fast writing to ./stress.eLo4H8
stress: dbug: [128809] slow writing to ./stress.eLo4H8
stress: dbug: [128809] closing ./stress.eLo4H8 after 1073741824 bytes
stress: dbug: [128809] opened ./stress.wTP9h6 for writing 1073741824 bytes
stress: dbug: [128809] unlinking ./stress.wTP9h6

–timeout N
在 N 秒后结束程序。

–quiet
stress 程序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：

# stress --vm 2 --vm-bytes 500M --vm-keep -n
stress: info: [128880] dispatching hogs: 0 cpu, 0 io, 2 vm, 0 hdd
stress: info: [128880] successful run completed in 0s

–backoff N
让新 fork 出来的进程 sleep N 微秒再开始运行。

除了单独指定某一类的选项，还可以同时执行多个类型的任务，比如产生 3 个 CPU 进程、3 个 IO 进程、2 个10M 的 vm 进程，并且每个 vm 进程中不循环分配释放内存：

# stress --cpu 3 --io 3 --vm 2 --vm-bytes 10M --vm-keep

总结

对于学习 Linux 性能检测相关的命令来说，stress 命令是个得力的助手。通过模拟各种高负载情况，可以帮助我们更好的理解系统瓶颈并掌握性能检测工具的用法。

参考：
stress man page
stress 1.0.4 code