1c8dd4ea3bc90681b4534c0d6a7e10d5ba5cc3c8
[fio.git] / HOWTO
1 Table of contents
2 -----------------
3
4 1. Overview
5 2. How fio works
6 3. Running fio
7 4. Job file format
8 5. Detailed list of parameters
9 6. Normal output
10 7. Terse output
11
12
13 1.0 Overview and history
14 ------------------------
15 fio was originally written to save me the hassle of writing special test
16 case programs when I wanted to test a specific workload, either for
17 performance reasons or to find/reproduce a bug. The process of writing
18 such a test app can be tiresome, especially if you have to do it often.
19 Hence I needed a tool that would be able to simulate a given io workload
20 without resorting to writing a tailored test case again and again.
21
22 A test work load is difficult to define, though. There can be any number
23 of processes or threads involved, and they can each be using their own
24 way of generating io. You could have someone dirtying large amounts of
25 memory in an memory mapped file, or maybe several threads issuing
26 reads using asynchronous io. fio needed to be flexible enough to
27 simulate both of these cases, and many more.
28
29 2.0 How fio works
30 -----------------
31 The first step in getting fio to simulate a desired io workload, is
32 writing a job file describing that specific setup. A job file may contain
33 any number of threads and/or files - the typical contents of the job file
34 is a global section defining shared parameters, and one or more job
35 sections describing the jobs involved. When run, fio parses this file
36 and sets everything up as described. If we break down a job from top to
37 bottom, it contains the following basic parameters:
38
39         IO type         Defines the io pattern issued to the file(s).
40                         We may only be reading sequentially from this
41                         file(s), or we may be writing randomly. Or even
42                         mixing reads and writes, sequentially or randomly.
43
44         Block size      In how large chunks are we issuing io? This may be
45                         a single value, or it may describe a range of
46                         block sizes.
47
48         IO size         How much data are we going to be reading/writing.
49
50         IO engine       How do we issue io? We could be memory mapping the
51                         file, we could be using regular read/write, we
52                         could be using splice, async io, or even
53                         SG (SCSI generic sg).
54
55         IO depth        If the io engine is async, how large a queuing
56                         depth do we want to maintain?
57
58         IO type         Should we be doing buffered io, or direct/raw io?
59
60         Num files       How many files are we spreading the workload over.
61
62         Num threads     How many threads or processes should we spread
63                         this workload over.
64         
65 The above are the basic parameters defined for a workload, in addition
66 there's a multitude of parameters that modify other aspects of how this
67 job behaves.
68
69
70 3.0 Running fio
71 ---------------
72 See the README file for command line parameters, there are only a few
73 of them.
74
75 Running fio is normally the easiest part - you just give it the job file
76 (or job files) as parameters:
77
78 $ fio job_file
79
80 and it will start doing what the job_file tells it to do. You can give
81 more than one job file on the command line, fio will serialize the running
82 of those files. Internally that is the same as using the 'stonewall'
83 parameter described the the parameter section.
84
85 If the job file contains only one job, you may as well just give the
86 parameters on the command line. The command line parameters are identical
87 to the job parameters, with a few extra that control global parameters
88 (see README). For example, for the job file parameter iodepth=2, the
89 mirror command line option would be --iodepth 2 or --iodepth=2. You can
90 also use the command line for giving more than one job entry. For each
91 --name option that fio sees, it will start a new job with that name.
92 Command line entries following a --name entry will apply to that job,
93 until there are no more entries or a new --name entry is seen. This is
94 similar to the job file options, where each option applies to the current
95 job until a new [] job entry is seen.
96
97 fio does not need to run as root, except if the files or devices specified
98 in the job section requires that. Some other options may also be restricted,
99 such as memory locking, io scheduler switching, and decreasing the nice value.
100
101
102 4.0 Job file format
103 -------------------
104 As previously described, fio accepts one or more job files describing
105 what it is supposed to do. The job file format is the classic ini file,
106 where the names enclosed in [] brackets define the job name. You are free
107 to use any ascii name you want, except 'global' which has special meaning.
108 A global section sets defaults for the jobs described in that file. A job
109 may override a global section parameter, and a job file may even have
110 several global sections if so desired. A job is only affected by a global
111 section residing above it. If the first character in a line is a ';', the
112 entire line is discarded as a comment.
113
114 So lets look at a really simple job file that define to threads, each
115 randomly reading from a 128MiB file.
116
117 ; -- start job file --
118 [global]
119 rw=randread
120 size=128m
121
122 [job1]
123
124 [job2]
125
126 ; -- end job file --
127
128 As you can see, the job file sections themselves are empty as all the
129 described parameters are shared. As no filename= option is given, fio
130 makes up a filename for each of the jobs as it sees fit. On the command
131 line, this job would look as follows:
132
133 $ fio --name=global --rw=randread --size=128m --name=job1 --name=job2
134
135
136 Lets look at an example that have a number of processes writing randomly
137 to files.
138
139 ; -- start job file --
140 [random-writers]
141 ioengine=libaio
142 iodepth=4
143 rw=randwrite
144 bs=32k
145 direct=0
146 size=64m
147 numjobs=4
148
149 ; -- end job file --
150
151 Here we have no global section, as we only have one job defined anyway.
152 We want to use async io here, with a depth of 4 for each file. We also
153 increased the buffer size used to 32KiB and define numjobs to 4 to
154 fork 4 identical jobs. The result is 4 processes each randomly writing
155 to their own 64MiB file. Instead of using the above job file, you could
156 have given the parameters on the command line. For this case, you would
157 specify:
158
159 $ fio --name=random-writers --ioengine=libaio --iodepth=4 --rw=randwrite --bs=32k --direct=0 --size=64m --numjobs=4
160
161 fio ships with a few example job files, you can also look there for
162 inspiration.
163
164
165 5.0 Detailed list of parameters
166 -------------------------------
167
168 This section describes in details each parameter associated with a job.
169 Some parameters take an option of a given type, such as an integer or
170 a string. The following types are used:
171
172 str     String. This is a sequence of alpha characters.
173 int     Integer. A whole number value, may be negative.
174 siint   SI integer. A whole number value, which may contain a postfix
175         describing the base of the number. Accepted postfixes are k/m/g,
176         meaning kilo, mega, and giga. So if you want to specify 4096,
177         you could either write out '4096' or just give 4k. The postfixes
178         signify base 2 values, so 1024 is 1k and 1024k is 1m and so on.
179 bool    Boolean. Usually parsed as an integer, however only defined for
180         true and false (1 and 0).
181 irange  Integer range with postfix. Allows value range to be given, such
182         as 1024-4096. Also see siint.
183
184 With the above in mind, here follows the complete list of fio job
185 parameters.
186
187 name=str        ASCII name of the job. This may be used to override the
188                 name printed by fio for this job. Otherwise the job
189                 name is used. On the command line this parameter has the
190                 special purpose of also signaling the start of a new
191                 job.
192
193 directory=str   Prefix filenames with this directory. Used to places files
194                 in a different location than "./".
195
196 filename=str    Fio normally makes up a filename based on the job name,
197                 thread number, and file number. If you want to share
198                 files between threads in a job or several jobs, specify
199                 a filename for each of them to override the default.
200
201 rw=str          Type of io pattern. Accepted values are:
202
203                         read            Sequential reads
204                         write           Sequential writes
205                         randwrite       Random writes
206                         randread        Random reads
207                         rw              Sequential mixed reads and writes
208                         randrw          Random mixed reads and writes
209
210                 For the mixed io types, the default is to split them 50/50.
211                 For certain types of io the result may still be skewed a bit,
212                 since the speed may be different.
213
214 randrepeat=bool For random IO workloads, seed the generator in a predictable
215                 way so that results are repeatable across repetitions.
216
217 size=siint      The total size of file io for this job. This may describe
218                 the size of the single file the job uses, or it may be
219                 divided between the number of files in the job. If the
220                 file already exists, the file size will be adjusted to this
221                 size if larger than the current file size. If this parameter
222                 is not given and the file exists, the file size will be used.
223
224 bs=siint        The block size used for the io units. Defaults to 4k. Values
225                 can be given for both read and writes. If a single siint is
226                 given, it will apply to both. If a second siint is specified
227                 after a comma, it will apply to writes only. In other words,
228                 the format is either bs=read_and_write or bs=read,write.
229                 bs=4k,8k will thus use 4k blocks for reads, and 8k blocks
230                 for writes. If you only wish to set the write size, you
231                 can do so by passing an empty read size - bs=,8k will set
232                 8k for writes and leave the read default value.
233
234 bsrange=irange  Instead of giving a single block size, specify a range
235                 and fio will mix the issued io block sizes. The issued
236                 io unit will always be a multiple of the minimum value
237                 given (also see bs_unaligned). Applies to both reads and
238                 writes, however a second range can be given after a comma.
239                 See bs=.
240
241 bs_unaligned    If this option is given, any byte size value within bsrange
242                 may be used as a block range. This typically wont work with
243                 direct IO, as that normally requires sector alignment.
244
245 nrfiles=int     Number of files to use for this job. Defaults to 1.
246
247 ioengine=str    Defines how the job issues io to the file. The following
248                 types are defined:
249
250                         sync    Basic read(2) or write(2) io. lseek(2) is
251                                 used to position the io location.
252
253                         libaio  Linux native asynchronous io.
254
255                         posixaio glibc posix asynchronous io.
256
257                         mmap    File is memory mapped and data copied
258                                 to/from using memcpy(3).
259
260                         splice  splice(2) is used to transfer the data and
261                                 vmsplice(2) to transfer data from user
262                                 space to the kernel.
263
264                         sg      SCSI generic sg v3 io. May either be
265                                 synchronous using the SG_IO ioctl, or if
266                                 the target is an sg character device
267                                 we use read(2) and write(2) for asynchronous
268                                 io.
269
270                         null    Doesn't transfer any data, just pretends
271                                 to. This is mainly used to exercise fio
272                                 itself and for debugging/testing purposes.
273
274 iodepth=int     This defines how many io units to keep in flight against
275                 the file. The default is 1 for each file defined in this
276                 job, can be overridden with a larger value for higher
277                 concurrency.
278
279 direct=bool     If value is true, use non-buffered io. This is usually
280                 O_DIRECT. Defaults to true.
281
282 offset=siint    Start io at the given offset in the file. The data before
283                 the given offset will not be touched. This effectively
284                 caps the file size at real_size - offset.
285
286 fsync=int       If writing to a file, issue a sync of the dirty data
287                 for every number of blocks given. For example, if you give
288                 32 as a parameter, fio will sync the file for every 32
289                 writes issued. If fio is using non-buffered io, we may
290                 not sync the file. The exception is the sg io engine, which
291                 synchronizes the disk cache anyway.
292
293 overwrite=bool  If writing to a file, setup the file first and do overwrites.
294
295 end_fsync=bool  If true, fsync file contents when the job exits.
296
297 rwmixcycle=int  Value in milliseconds describing how often to switch between
298                 reads and writes for a mixed workload. The default is
299                 500 msecs.
300
301 rwmixread=int   How large a percentage of the mix should be reads.
302
303 rwmixwrite=int  How large a percentage of the mix should be writes. If both
304                 rwmixread and rwmixwrite is given and the values do not add
305                 up to 100%, the latter of the two will be used to override
306                 the first.
307
308 norandommap     Normally fio will cover every block of the file when doing
309                 random IO. If this option is given, fio will just get a
310                 new random offset without looking at past io history. This
311                 means that some blocks may not be read or written, and that
312                 some blocks may be read/written more than once. This option
313                 is mutually exclusive with verify= for that reason.
314
315 nice=int        Run the job with the given nice value. See man nice(2).
316
317 prio=int        Set the io priority value of this job. Linux limits us to
318                 a positive value between 0 and 7, with 0 being the highest.
319                 See man ionice(1).
320
321 prioclass=int   Set the io priority class. See man ionice(1).
322
323 thinktime=int   Stall the job x microseconds after an io has completed before
324                 issuing the next. May be used to simulate processing being
325                 done by an application. See thinktime_blocks.
326
327 thinktime_blocks
328                 Only valid if thinktime is set - control how many blocks
329                 to issue, before waiting 'thinktime' usecs. If not set,
330                 defaults to 1 which will make fio wait 'thinktime' usecs
331                 after every block.
332
333 rate=int        Cap the bandwidth used by this job to this number of KiB/sec.
334
335 ratemin=int     Tell fio to do whatever it can to maintain at least this
336                 bandwidth.
337
338 ratecycle=int   Average bandwidth for 'rate' and 'ratemin' over this number
339                 of milliseconds.
340
341 cpumask=int     Set the CPU affinity of this job. The parameter given is a
342                 bitmask of allowed CPU's the job may run on. See man
343                 sched_setaffinity(2).
344
345 startdelay=int  Start this job the specified number of seconds after fio
346                 has started. Only useful if the job file contains several
347                 jobs, and you want to delay starting some jobs to a certain
348                 time.
349
350 timeout=int     Tell fio to terminate processing after the specified number
351                 of seconds. It can be quite hard to determine for how long
352                 a specified job will run, so this parameter is handy to
353                 cap the total runtime to a given time.
354
355 invalidate=bool Invalidate the buffer/page cache parts for this file prior
356                 to starting io. Defaults to true.
357
358 sync=bool       Use sync io for buffered writes. For the majority of the
359                 io engines, this means using O_SYNC.
360
361 mem=str         Fio can use various types of memory as the io unit buffer.
362                 The allowed values are:
363
364                         malloc  Use memory from malloc(3) as the buffers.
365
366                         shm     Use shared memory as the buffers. Allocated
367                                 through shmget(2).
368
369                         shmhuge Same as shm, but use huge pages as backing.
370
371                         mmap    Use mmap to allocate buffers. May either be
372                                 anonymous memory, or can be file backed if
373                                 a filename is given after the option. The
374                                 format is mem=mmap:/path/to/file.
375
376                         mmaphuge Use a memory mapped huge file as the buffer
377                                 backing. Append filename after mmaphuge, ala
378                                 mem=mmaphuge:/hugetlbfs/file
379
380                 The area allocated is a function of the maximum allowed
381                 bs size for the job, multiplied by the io depth given. Note
382                 that for shmhuge and mmaphuge to work, the system must have
383                 free huge pages allocated. This can normally be checked
384                 and set by reading/writing /proc/sys/vm/nr_hugepages on a
385                 Linux system. Fio assumes a huge page is 4MiB in size. So
386                 to calculate the number of huge pages you need for a given
387                 job file, add up the io depth of all jobs (normally one unless
388                 iodepth= is used) and multiply by the maximum bs set. Then
389                 divide that number by the huge page size. You can see the
390                 size of the huge pages in /proc/meminfo. If no huge pages
391                 are allocated by having a non-zero number in nr_hugepages,
392                 using mmaphuge or shmhuge will fail. Also see hugepage-size.
393
394                 mmaphuge also needs to have hugetlbfs mounted and the file
395                 location should point there. So if it's mounted in /huge,
396                 you would use mem=mmaphuge:/huge/somefile.
397
398 hugepage-size=siint
399                 Defines the size of a huge page. Must at least be equal
400                 to the system setting, see /proc/meminfo. Defaults to 4MiB.
401                 Should probably always be a multiple of megabytes, so using
402                 hugepage-size=Xm is the preferred way to set this to avoid
403                 setting a non-pow-2 bad value.
404
405 exitall         When one job finishes, terminate the rest. The default is
406                 to wait for each job to finish, sometimes that is not the
407                 desired action.
408
409 bwavgtime=int   Average the calculated bandwidth over the given time. Value
410                 is specified in milliseconds.
411
412 create_serialize=bool   If true, serialize the file creating for the jobs.
413                         This may be handy to avoid interleaving of data
414                         files, which may greatly depend on the filesystem
415                         used and even the number of processors in the system.
416
417 create_fsync=bool       fsync the data file after creation. This is the
418                         default.
419
420 unlink=bool     Unlink the job files when done. fio defaults to doing this,
421                 if it created the file itself.
422
423 loops=int       Run the specified number of iterations of this job. Used
424                 to repeat the same workload a given number of times. Defaults
425                 to 1.
426
427 verify=str      If writing to a file, fio can verify the file contents
428                 after each iteration of the job. The allowed values are:
429
430                         md5     Use an md5 sum of the data area and store
431                                 it in the header of each block.
432
433                         crc32   Use a crc32 sum of the data area and store
434                                 it in the header of each block.
435
436                 This option can be used for repeated burn-in tests of a
437                 system to make sure that the written data is also
438                 correctly read back.
439
440 stonewall       Wait for preceeding jobs in the job file to exit, before
441                 starting this one. Can be used to insert serialization
442                 points in the job file.
443
444 numjobs=int     Create the specified number of clones of this job. May be
445                 used to setup a larger number of threads/processes doing
446                 the same thing.
447
448 thread          fio defaults to forking jobs, however if this option is
449                 given, fio will use pthread_create(3) to create threads
450                 instead.
451
452 zonesize=siint  Divide a file into zones of the specified size. See zoneskip.
453
454 zoneskip=siint  Skip the specified number of bytes when zonesize data has
455                 been read. The two zone options can be used to only do
456                 io on zones of a file.
457
458 write_iolog=str Write the issued io patterns to the specified file. See
459                 read_iolog.
460
461 read_iolog=str  Open an iolog with the specified file name and replay the
462                 io patterns it contains. This can be used to store a
463                 workload and replay it sometime later.
464
465 write_bw_log    If given, write a bandwidth log of the jobs in this job
466                 file. Can be used to store data of the bandwidth of the
467                 jobs in their lifetime. The included fio_generate_plots
468                 script uses gnuplot to turn these text files into nice
469                 graphs.
470
471 write_lat_log   Same as write_bw_log, except that this option stores io
472                 completion latencies instead.
473
474 lockmem=siint   Pin down the specified amount of memory with mlock(2). Can
475                 potentially be used instead of removing memory or booting
476                 with less memory to simulate a smaller amount of memory.
477
478 exec_prerun=str Before running this job, issue the command specified
479                 through system(3).
480
481 exec_postrun=str After the job completes, issue the command specified
482                  though system(3).
483
484 ioscheduler=str Attempt to switch the device hosting the file to the specified
485                 io scheduler before running.
486
487 cpuload=int     If the job is a CPU cycle eater, attempt to use the specified
488                 percentage of CPU cycles.
489
490 cpuchunks=int   If the job is a CPU cycle eater, split the load into
491                 cycles of the given time. In milliseconds.
492
493
494 6.0 Interpreting the output
495 ---------------------------
496
497 fio spits out a lot of output. While running, fio will display the
498 status of the jobs created. An example of that would be:
499
500 Threads running: 1: [_r] [24.79% done] [ 13509/  8334 kb/s] [eta 00h:01m:31s]
501
502 The characters inside the square brackets denote the current status of
503 each thread. The possible values (in typical life cycle order) are:
504
505 Idle    Run
506 ----    ---
507 P               Thread setup, but not started.
508 C               Thread created.
509 I               Thread initialized, waiting.
510         R       Running, doing sequential reads.
511         r       Running, doing random reads.
512         W       Running, doing sequential writes.
513         w       Running, doing random writes.
514         M       Running, doing mixed sequential reads/writes.
515         m       Running, doing mixed random reads/writes.
516         F       Running, currently waiting for fsync()
517 V               Running, doing verification of written data.
518 E               Thread exited, not reaped by main thread yet.
519 _               Thread reaped.
520
521 The other values are fairly self explanatory - number of threads
522 currently running and doing io, rate of io since last check, and the estimated
523 completion percentage and time for the running group. It's impossible to
524 estimate runtime of the following groups (if any).
525
526 When fio is done (or interrupted by ctrl-c), it will show the data for
527 each thread, group of threads, and disks in that order. For each data
528 direction, the output looks like:
529
530 Client1 (g=0): err= 0:
531   write: io=    32MiB, bw=   666KiB/s, runt= 50320msec
532     slat (msec): min=    0, max=  136, avg= 0.03, dev= 1.92
533     clat (msec): min=    0, max=  631, avg=48.50, dev=86.82
534     bw (KiB/s) : min=    0, max= 1196, per=51.00%, avg=664.02, dev=681.68
535   cpu        : usr=1.49%, sys=0.25%, ctx=7969
536
537 The client number is printed, along with the group id and error of that
538 thread. Below is the io statistics, here for writes. In the order listed,
539 they denote:
540
541 io=             Number of megabytes io performed
542 bw=             Average bandwidth rate
543 runt=           The runtime of that thread
544         slat=   Submission latency (avg being the average, dev being the
545                 standard deviation). This is the time it took to submit
546                 the io. For sync io, the slat is really the completion
547                 latency, since queue/complete is one operation there.
548         clat=   Completion latency. Same names as slat, this denotes the
549                 time from submission to completion of the io pieces. For
550                 sync io, clat will usually be equal (or very close) to 0,
551                 as the time from submit to complete is basically just
552                 CPU time (io has already been done, see slat explanation).
553         bw=     Bandwidth. Same names as the xlat stats, but also includes
554                 an approximate percentage of total aggregate bandwidth
555                 this thread received in this group. This last value is
556                 only really useful if the threads in this group are on the
557                 same disk, since they are then competing for disk access.
558 cpu=            CPU usage. User and system time, along with the number
559                 of context switches this thread went through.
560
561 After each client has been listed, the group statistics are printed. They
562 will look like this:
563
564 Run status group 0 (all jobs):
565    READ: io=64MiB, aggrb=22178, minb=11355, maxb=11814, mint=2840msec, maxt=2955msec
566   WRITE: io=64MiB, aggrb=1302, minb=666, maxb=669, mint=50093msec, maxt=50320msec
567
568 For each data direction, it prints:
569
570 io=             Number of megabytes io performed.
571 aggrb=          Aggregate bandwidth of threads in this group.
572 minb=           The minimum average bandwidth a thread saw.
573 maxb=           The maximum average bandwidth a thread saw.
574 mint=           The smallest runtime of the threads in that group.
575 maxt=           The longest runtime of the threads in that group.
576
577 And finally, the disk statistics are printed. They will look like this:
578
579 Disk stats (read/write):
580   sda: ios=16398/16511, merge=30/162, ticks=6853/819634, in_queue=826487, util=100.00%
581
582 Each value is printed for both reads and writes, with reads first. The
583 numbers denote:
584
585 ios=            Number of ios performed by all groups.
586 merge=          Number of merges io the io scheduler.
587 ticks=          Number of ticks we kept the disk busy.
588 io_queue=       Total time spent in the disk queue.
589 util=           The disk utilization. A value of 100% means we kept the disk
590                 busy constantly, 50% would be a disk idling half of the time.
591
592
593 7.0 Terse output
594 ----------------
595
596 For scripted usage where you typically want to generate tables or graphs
597 of the results, fio can output the results in a comma separated format.
598 The format is one long line of values, such as:
599
600 client1,0,0,936,331,2894,0,0,0.000000,0.000000,1,170,22.115385,34.290410,16,714,84.252874%,366.500000,566.417819,3496,1237,2894,0,0,0.000000,0.000000,0,246,6.671625,21.436952,0,2534,55.465300%,1406.600000,2008.044216,0.000000%,0.431928%,1109
601
602 Split up, the format is as follows:
603
604         jobname, groupid, error
605         READ status:
606                 KiB IO, bandwidth (KiB/sec), runtime (msec)
607                 Submission latency: min, max, mean, deviation
608                 Completion latency: min, max, mean, deviation
609                 Bw: min, max, aggregate percentage of total, mean, deviation
610         WRITE status:
611                 KiB IO, bandwidth (KiB/sec), runtime (msec)
612                 Submission latency: min, max, mean, deviation
613                 Completion latency: min, max, mean, deviation
614                 Bw: min, max, aggregate percentage of total, mean, deviation
615         CPU usage: user, system, context switches
616