1e1f4097f54218e8c9d70e9479aecc9bf62c635d
[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 size=siint      The total size of file io for this job. This may describe
215                 the size of the single file the job uses, or it may be
216                 divided between the number of files in the job. If the
217                 file already exists, the file size will be adjusted to this
218                 size if larger than the current file size. If this parameter
219                 is not given and the file exists, the file size will be used.
220
221 bs=siint        The block size used for the io units. Defaults to 4k. Values
222                 can be given for both read and writes. If a single siint is
223                 given, it will apply to both. If a second siint is specified
224                 after a comma, it will apply to writes only. In other words,
225                 the format is either bs=read_and_write or bs=read,write.
226                 bs=4k,8k will thus use 4k blocks for reads, and 8k blocks
227                 for writes.
228
229 bsrange=irange  Instead of giving a single block size, specify a range
230                 and fio will mix the issued io block sizes. The issued
231                 io unit will always be a multiple of the minimum value
232                 given (also see bs_unaligned). Applies to both reads and
233                 writes, however a second range can be given after a comma.
234                 See bs=.
235
236 bs_unaligned    If this option is given, any byte size value within bsrange
237                 may be used as a block range. This typically wont work with
238                 direct IO, as that normally requires sector alignment.
239
240 nrfiles=int     Number of files to use for this job. Defaults to 1.
241
242 ioengine=str    Defines how the job issues io to the file. The following
243                 types are defined:
244
245                         sync    Basic read(2) or write(2) io. lseek(2) is
246                                 used to position the io location.
247
248                         libaio  Linux native asynchronous io.
249
250                         posixaio glibc posix asynchronous io.
251
252                         mmap    File is memory mapped and data copied
253                                 to/from using memcpy(3).
254
255                         splice  splice(2) is used to transfer the data and
256                                 vmsplice(2) to transfer data from user
257                                 space to the kernel.
258
259                         sg      SCSI generic sg v3 io. May either be
260                                 synchronous using the SG_IO ioctl, or if
261                                 the target is an sg character device
262                                 we use read(2) and write(2) for asynchronous
263                                 io.
264
265 iodepth=int     This defines how many io units to keep in flight against
266                 the file. The default is 1 for each file defined in this
267                 job, can be overridden with a larger value for higher
268                 concurrency.
269
270 direct=bool     If value is true, use non-buffered io. This is usually
271                 O_DIRECT. Defaults to true.
272
273 offset=siint    Start io at the given offset in the file. The data before
274                 the given offset will not be touched. This effectively
275                 caps the file size at real_size - offset.
276
277 fsync=int       If writing to a file, issue a sync of the dirty data
278                 for every number of blocks given. For example, if you give
279                 32 as a parameter, fio will sync the file for every 32
280                 writes issued. If fio is using non-buffered io, we may
281                 not sync the file. The exception is the sg io engine, which
282                 synchronizes the disk cache anyway.
283
284 overwrite=bool  If writing to a file, setup the file first and do overwrites.
285
286 end_fsync=bool  If true, fsync file contents when the job exits.
287
288 rwmixcycle=int  Value in milliseconds describing how often to switch between
289                 reads and writes for a mixed workload. The default is
290                 500 msecs.
291
292 rwmixread=int   How large a percentage of the mix should be reads.
293
294 rwmixwrite=int  How large a percentage of the mix should be writes. If both
295                 rwmixread and rwmixwrite is given and the values do not add
296                 up to 100%, the latter of the two will be used to override
297                 the first.
298
299 norandommap     Normally fio will cover every block of the file when doing
300                 random IO. If this option is given, fio will just get a
301                 new random offset without looking at past io history. This
302                 means that some blocks may not be read or written, and that
303                 some blocks may be read/written more than once. This option
304                 is mutually exclusive with verify= for that reason.
305
306 nice=int        Run the job with the given nice value. See man nice(2).
307
308 prio=int        Set the io priority value of this job. Linux limits us to
309                 a positive value between 0 and 7, with 0 being the highest.
310                 See man ionice(1).
311
312 prioclass=int   Set the io priority class. See man ionice(1).
313
314 thinktime=int   Stall the job x microseconds after an io has completed before
315                 issuing the next. May be used to simulate processing being
316                 done by an application.
317
318 rate=int        Cap the bandwidth used by this job to this number of KiB/sec.
319
320 ratemin=int     Tell fio to do whatever it can to maintain at least this
321                 bandwidth.
322
323 ratecycle=int   Average bandwidth for 'rate' and 'ratemin' over this number
324                 of milliseconds.
325
326 cpumask=int     Set the CPU affinity of this job. The parameter given is a
327                 bitmask of allowed CPU's the job may run on. See man
328                 sched_setaffinity(2).
329
330 startdelay=int  Start this job the specified number of seconds after fio
331                 has started. Only useful if the job file contains several
332                 jobs, and you want to delay starting some jobs to a certain
333                 time.
334
335 timeout=int     Tell fio to terminate processing after the specified number
336                 of seconds. It can be quite hard to determine for how long
337                 a specified job will run, so this parameter is handy to
338                 cap the total runtime to a given time.
339
340 invalidate=bool Invalidate the buffer/page cache parts for this file prior
341                 to starting io. Defaults to true.
342
343 sync=bool       Use sync io for buffered writes. For the majority of the
344                 io engines, this means using O_SYNC.
345
346 mem=str         Fio can use various types of memory as the io unit buffer.
347                 The allowed values are:
348
349                         malloc  Use memory from malloc(3) as the buffers.
350
351                         shm     Use shared memory as the buffers. Allocated
352                                 through shmget(2).
353
354                         mmap    Use anonymous memory maps as the buffers.
355                                 Allocated through mmap(2).
356
357                 The area allocated is a function of the maximum allowed
358                 bs size for the job, multiplied by the io depth given.
359
360 exitall         When one job finishes, terminate the rest. The default is
361                 to wait for each job to finish, sometimes that is not the
362                 desired action.
363
364 bwavgtime=int   Average the calculated bandwidth over the given time. Value
365                 is specified in milliseconds.
366
367 create_serialize=bool   If true, serialize the file creating for the jobs.
368                         This may be handy to avoid interleaving of data
369                         files, which may greatly depend on the filesystem
370                         used and even the number of processors in the system.
371
372 create_fsync=bool       fsync the data file after creation. This is the
373                         default.
374
375 unlink          Unlink the job files when done. fio defaults to doing this,
376                 if it created the file itself.
377
378 loops=int       Run the specified number of iterations of this job. Used
379                 to repeat the same workload a given number of times. Defaults
380                 to 1.
381
382 verify=str      If writing to a file, fio can verify the file contents
383                 after each iteration of the job. The allowed values are:
384
385                         md5     Use an md5 sum of the data area and store
386                                 it in the header of each block.
387
388                         crc32   Use a crc32 sum of the data area and store
389                                 it in the header of each block.
390
391                 This option can be used for repeated burn-in tests of a
392                 system to make sure that the written data is also
393                 correctly read back.
394
395 stonewall       Wait for preceeding jobs in the job file to exit, before
396                 starting this one. Can be used to insert serialization
397                 points in the job file.
398
399 numjobs=int     Create the specified number of clones of this job. May be
400                 used to setup a larger number of threads/processes doing
401                 the same thing.
402
403 thread          fio defaults to forking jobs, however if this option is
404                 given, fio will use pthread_create(3) to create threads
405                 instead.
406
407 zonesize=siint  Divide a file into zones of the specified size. See zoneskip.
408
409 zoneskip=siint  Skip the specified number of bytes when zonesize data has
410                 been read. The two zone options can be used to only do
411                 io on zones of a file.
412
413 write_iolog=str Write the issued io patterns to the specified file. See
414                 read_iolog.
415
416 read_iolog=str  Open an iolog with the specified file name and replay the
417                 io patterns it contains. This can be used to store a
418                 workload and replay it sometime later.
419
420 write_bw_log    If given, write a bandwidth log of the jobs in this job
421                 file. Can be used to store data of the bandwidth of the
422                 jobs in their lifetime. The included fio_generate_plots
423                 script uses gnuplot to turn these text files into nice
424                 graphs.
425
426 write_lat_log   Same as write_bw_log, except that this option stores io
427                 completion latencies instead.
428
429 lockmem=siint   Pin down the specified amount of memory with mlock(2). Can
430                 potentially be used instead of removing memory or booting
431                 with less memory to simulate a smaller amount of memory.
432
433 exec_prerun=str Before running this job, issue the command specified
434                 through system(3).
435
436 exec_postrun=str After the job completes, issue the command specified
437                  though system(3).
438
439 ioscheduler=str Attempt to switch the device hosting the file to the specified
440                 io scheduler before running.
441
442 cpuload=int     If the job is a CPU cycle eater, attempt to use the specified
443                 percentage of CPU cycles.
444
445 cpuchunks=int   If the job is a CPU cycle eater, split the load into
446                 cycles of the given time. In milliseconds.
447
448
449 6.0 Interpreting the output
450 ---------------------------
451
452 fio spits out a lot of output. While running, fio will display the
453 status of the jobs created. An example of that would be:
454
455 Threads running: 1: [_r] [24.79% done] [ 13509/  8334 kb/s] [eta 00h:01m:31s]
456
457 The characters inside the square brackets denote the current status of
458 each thread. The possible values (in typical life cycle order) are:
459
460 Idle    Run
461 ----    ---
462 P               Thread setup, but not started.
463 C               Thread created.
464 I               Thread initialized, waiting.
465         R       Running, doing sequential reads.
466         r       Running, doing random reads.
467         W       Running, doing sequential writes.
468         w       Running, doing random writes.
469         M       Running, doing mixed sequential reads/writes.
470         m       Running, doing mixed random reads/writes.
471         F       Running, currently waiting for fsync()
472 V               Running, doing verification of written data.
473 E               Thread exited, not reaped by main thread yet.
474 _               Thread reaped.
475
476 The other values are fairly self explanatory - number of threads
477 currently running and doing io, rate of io since last check, and the estimated
478 completion percentage and time for the running group. It's impossible to
479 estimate runtime of the following groups (if any).
480
481 When fio is done (or interrupted by ctrl-c), it will show the data for
482 each thread, group of threads, and disks in that order. For each data
483 direction, the output looks like:
484
485 Client1 (g=0): err= 0:
486   write: io=    32MiB, bw=   666KiB/s, runt= 50320msec
487     slat (msec): min=    0, max=  136, avg= 0.03, dev= 1.92
488     clat (msec): min=    0, max=  631, avg=48.50, dev=86.82
489     bw (KiB/s) : min=    0, max= 1196, per=51.00%, avg=664.02, dev=681.68
490   cpu        : usr=1.49%, sys=0.25%, ctx=7969
491
492 The client number is printed, along with the group id and error of that
493 thread. Below is the io statistics, here for writes. In the order listed,
494 they denote:
495
496 io=             Number of megabytes io performed
497 bw=             Average bandwidth rate
498 runt=           The runtime of that thread
499         slat=   Submission latency (avg being the average, dev being the
500                 standard deviation). This is the time it took to submit
501                 the io. For sync io, the slat is really the completion
502                 latency, since queue/complete is one operation there.
503         clat=   Completion latency. Same names as slat, this denotes the
504                 time from submission to completion of the io pieces. For
505                 sync io, clat will usually be equal (or very close) to 0,
506                 as the time from submit to complete is basically just
507                 CPU time (io has already been done, see slat explanation).
508         bw=     Bandwidth. Same names as the xlat stats, but also includes
509                 an approximate percentage of total aggregate bandwidth
510                 this thread received in this group. This last value is
511                 only really useful if the threads in this group are on the
512                 same disk, since they are then competing for disk access.
513 cpu=            CPU usage. User and system time, along with the number
514                 of context switches this thread went through.
515
516 After each client has been listed, the group statistics are printed. They
517 will look like this:
518
519 Run status group 0 (all jobs):
520    READ: io=64MiB, aggrb=22178, minb=11355, maxb=11814, mint=2840msec, maxt=2955msec
521   WRITE: io=64MiB, aggrb=1302, minb=666, maxb=669, mint=50093msec, maxt=50320msec
522
523 For each data direction, it prints:
524
525 io=             Number of megabytes io performed.
526 aggrb=          Aggregate bandwidth of threads in this group.
527 minb=           The minimum average bandwidth a thread saw.
528 maxb=           The maximum average bandwidth a thread saw.
529 mint=           The smallest runtime of the threads in that group.
530 maxt=           The longest runtime of the threads in that group.
531
532 And finally, the disk statistics are printed. They will look like this:
533
534 Disk stats (read/write):
535   sda: ios=16398/16511, merge=30/162, ticks=6853/819634, in_queue=826487, util=100.00%
536
537 Each value is printed for both reads and writes, with reads first. The
538 numbers denote:
539
540 ios=            Number of ios performed by all groups.
541 merge=          Number of merges io the io scheduler.
542 ticks=          Number of ticks we kept the disk busy.
543 io_queue=       Total time spent in the disk queue.
544 util=           The disk utilization. A value of 100% means we kept the disk
545                 busy constantly, 50% would be a disk idling half of the time.
546
547
548 7.0 Terse output
549 ----------------
550
551 For scripted usage where you typically want to generate tables or graphs
552 of the results, fio can output the results in a comma separated format.
553 The format is one long line of values, such as:
554
555 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
556
557 Split up, the format is as follows:
558
559         jobname, groupid, error
560         READ status:
561                 KiB IO, bandwidth (KiB/sec), runtime (msec)
562                 Submission latency: min, max, mean, deviation
563                 Completion latency: min, max, mean, deviation
564                 Bw: min, max, aggregate percentage of total, mean, deviation
565         WRITE status:
566                 KiB IO, bandwidth (KiB/sec), runtime (msec)
567                 Submission latency: min, max, mean, deviation
568                 Completion latency: min, max, mean, deviation
569                 Bw: min, max, aggregate percentage of total, mean, deviation
570         CPU usage: user, system, context switches
571