[PATCH] FIO_OPT_RANGE breakage
[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 queueing
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.
90
91 fio does not need to run as root, except if the files or devices specified
92 in the job section requires that. Some other options may also be restricted,
93 such as memory locking, io scheduler switching, and descreasing the nice value.
94
95
96 4.0 Job file format
97 -------------------
98 As previously described, fio accepts one or more job files describing
99 what it is supposed to do. The job file format is the classic ini file,
100 where the names enclosed in [] brackets define the job name. You are free
101 to use any ascii name you want, except 'global' which has special meaning.
102 A global section sets defaults for the jobs described in that file. A job
103 may override a global section parameter, and a job file may even have
104 several global sections if so desired. A job is only affected by a global
105 section residing above it. If the first character in a line is a ';', the
106 entire line is discarded as a comment.
107
108 So lets look at a really simple job file that define to threads, each
109 randomly reading from a 128MiB file.
110
111 ; -- start job file --
112 [global]
113 rw=randread
114 size=128m
115
116 [job1]
117
118 [job2]
119
120 ; -- end job file --
121
122 As you can see, the job file sections themselves are empty as all the
123 described parameters are shared. As no filename= option is given, fio
124 makes up a filename for each of the jobs as it sees fit.
125
126 Lets look at an example that have a number of processes writing randomly
127 to files.
128
129 ; -- start job file --
130 [random-writers]
131 ioengine=libaio
132 iodepth=4
133 rw=randwrite
134 bs=32k
135 direct=0
136 size=64m
137 numjobs=4
138
139 ; -- end job file --
140
141 Here we have no global section, as we only have one job defined anyway.
142 We want to use async io here, with a depth of 4 for each file. We also
143 increased the buffer size used to 32KiB and define numjobs to 4 to
144 fork 4 identical jobs. The result is 4 processes each randomly writing
145 to their own 64MiB file. Instead of using the above job file, you could
146 have given the parameters on the command line. For this case, you would
147 specify:
148
149 $ fio --name=random-writers --ioengine=libaio --iodepth=4 --rw=randwrite --bs=32k --direct=0 --size=64m --numjobs=4
150
151 fio ships with a few example job files, you can also look there for
152 inspiration.
153
154
155 5.0 Detailed list of parameters
156 -------------------------------
157
158 This section describes in details each parameter associated with a job.
159 Some parameters take an option of a given type, such as an integer or
160 a string. The following types are used:
161
162 str     String. This is a sequence of alpha characters.
163 int     Integer. A whole number value, may be negative.
164 siint   SI integer. A whole number value, which may contain a postfix
165         describing the base of the number. Accepted postfixes are k/m/g,
166         meaning kilo, mega, and giga. So if you want to specifiy 4096,
167         you could either write out '4096' or just give 4k. The postfixes
168         signify base 2 values, so 1024 is 1k and 1024k is 1m and so on.
169 bool    Boolean. Usually parsed as an integer, however only defined for
170         true and false (1 and 0).
171 irange  Integer range with postfix. Allows value range to be given, such
172         as 1024-4096. Also see siint.
173
174 With the above in mind, here follows the complete list of fio job
175 parameters.
176
177 name=str        ASCII name of the job. This may be used to override the
178                 name printed by fio for this job. Otherwise the job
179                 name is used.
180
181 directory=str   Prefix filenames with this directory. Used to places files
182                 in a different location than "./".
183
184 filename=str    Fio normally makes up a filename based on the job name,
185                 thread number, and file number. If you want to share
186                 files between threads in a job or several jobs, specify
187                 a filename for each of them to override the default.
188
189 rw=str          Type of io pattern. Accepted values are:
190
191                         read            Sequential reads
192                         write           Sequential writes
193                         randwrite       Random writes
194                         randread        Random reads
195                         rw              Sequential mixed reads and writes
196                         randrw          Random mixed reads and writes
197
198                 For the mixed io types, the default is to split them 50/50.
199                 For certain types of io the result may still be skewed a bit,
200                 since the speed may be different.
201
202 size=siint      The total size of file io for this job. This may describe
203                 the size of the single file the job uses, or it may be
204                 divided between the number of files in the job. If the
205                 file already exists, the file size will be adjusted to this
206                 size if larger than the current file size. If this parameter
207                 is not given and the file exists, the file size will be used.
208
209 bs=siint        The block size used for the io units. Defaults to 4k.
210
211 bsrange=irange  Instead of giving a single block size, specify a range
212                 and fio will mix the issued io block sizes. The issued
213                 io unit will always be a multiple of the minimum value
214                 given.
215
216 nrfiles=int     Number of files to use for this job. Defaults to 1.
217
218 ioengine=str    Defines how the job issues io to the file. The following
219                 types are defined:
220
221                         sync    Basic read(2) or write(2) io. lseek(2) is
222                                 used to position the io location.
223
224                         libaio  Linux native asynchronous io.
225
226                         posixaio glibc posix asynchronous io.
227
228                         mmap    File is memory mapped and data copied
229                                 to/from using memcpy(3).
230
231                         splice  splice(2) is used to transfer the data and
232                                 vmsplice(2) to transfer data from user
233                                 space to the kernel.
234
235                         sg      SCSI generic sg v3 io. May either be
236                                 syncrhonous using the SG_IO ioctl, or if
237                                 the target is an sg character device
238                                 we use read(2) and write(2) for asynchronous
239                                 io.
240
241 iodepth=int     This defines how many io units to keep in flight against
242                 the file. The default is 1 for each file defined in this
243                 job, can be overridden with a larger value for higher
244                 concurrency.
245
246 direct=bool     If value is true, use non-buffered io. This is usually
247                 O_DIRECT. Defaults to true.
248
249 offset=siint    Start io at the given offset in the file. The data before
250                 the given offset will not be touched. This effectively
251                 caps the file size at real_size - offset.
252
253 fsync=int       If writing to a file, issue a sync of the dirty data
254                 for every number of blocks given. For example, if you give
255                 32 as a parameter, fio will sync the file for every 32
256                 writes issued. If fio is using non-buffered io, we may
257                 not sync the file. The exception is the sg io engine, which
258                 syncronizes the disk cache anyway.
259
260 overwrite=bool  If writing to a file, setup the file first and do overwrites.
261
262 end_fsync=bool  If true, fsync file contents when the job exits.
263
264 rwmixcycle=int  Value in miliseconds describing how often to switch between
265                 reads and writes for a mixed workload. The default is
266                 500 msecs.
267
268 rwmixread=int   How large a percentage of the mix should be reads.
269
270 rwmixwrite=int  How large a percentage of the mix should be writes. If both
271                 rwmixread and rwmixwrite is given and the values do not add
272                 up to 100%, the latter of the two will be used to override
273                 the first.
274
275 nice=int        Run the job with the given nice value. See man nice(2).
276
277 prio=int        Set the io priority value of this job. Linux limits us to
278                 a positive value between 0 and 7, with 0 being the highest.
279                 See man ionice(1).
280
281 prioclass=int   Set the io priority class. See man ionice(1).
282
283 thinktime=int   Stall the job x microseconds after an io has completed before
284                 issuing the next. May be used to simulate processing being
285                 done by an application.
286
287 rate=int        Cap the bandwidth used by this job to this number of KiB/sec.
288
289 ratemin=int     Tell fio to do whatever it can to maintain at least this
290                 bandwidth.
291
292 ratecycle=int   Average bandwidth for 'rate' and 'ratemin' over this number
293                 of miliseconds.
294
295 cpumask=int     Set the CPU affinity of this job. The parameter given is a
296                 bitmask of allowed CPU's the job may run on. See man
297                 sched_setaffinity(2).
298
299 startdelay=int  Start this job the specified number of seconds after fio
300                 has started. Only useful if the job file contains several
301                 jobs, and you want to delay starting some jobs to a certain
302                 time.
303
304 timeout=int     Tell fio to terminate processing after the specified number
305                 of seconds. It can be quite hard to determine for how long
306                 a specified job will run, so this parameter is handy to
307                 cap the total runtime to a given time.
308
309 invalidate=bool Invalidate the buffer/page cache parts for this file prior
310                 to starting io. Defaults to true.
311
312 sync=bool       Use sync io for buffered writes. For the majority of the
313                 io engines, this means using O_SYNC.
314
315 mem=str         Fio can use various types of memory as the io unit buffer.
316                 The allowed values are:
317
318                         malloc  Use memory from malloc(3) as the buffers.
319
320                         shm     Use shared memory as the buffers. Allocated
321                                 through shmget(2).
322
323                         mmap    Use anonymous memory maps as the buffers.
324                                 Allocated through mmap(2).
325
326                 The area allocated is a function of the maximum allowed
327                 bs size for the job, multiplied by the io depth given.
328
329 exitall         When one job finishes, terminate the rest. The default is
330                 to wait for each job to finish, sometimes that is not the
331                 desired action.
332
333 bwavgtime=int   Average the calculated bandwidth over the given time. Value
334                 is specified in miliseconds.
335
336 create_serialize=bool   If true, serialize the file creating for the jobs.
337                         This may be handy to avoid interleaving of data
338                         files, which may greatly depend on the filesystem
339                         used and even the number of processors in the system.
340
341 create_fsync=bool       fsync the data file after creation. This is the
342                         default.
343
344 unlink          Unlink the job files when done. fio defaults to doing this,
345                 if it created the file itself.
346
347 loops=int       Run the specified number of iterations of this job. Used
348                 to repeat the same workload a given number of times. Defaults
349                 to 1.
350
351 verify=str      If writing to a file, fio can verify the file contents
352                 after each iteration of the job. The allowed values are:
353
354                         md5     Use an md5 sum of the data area and store
355                                 it in the header of each block.
356
357                         crc32   Use a crc32 sum of the data area and store
358                                 it in the header of each block.
359
360                 This option can be used for repeated burnin tests of a
361                 system to make sure that the written data is also
362                 correctly read back.
363
364 stonewall       Wait for preceeding jobs in the job file to exit, before
365                 starting this one. Can be used to insert serialization
366                 points in the job file.
367
368 numjobs=int     Create the specified number of clones of this job. May be
369                 used to setup a larger number of threads/processes doing
370                 the same thing.
371
372 thread          fio defaults to forking jobs, however if this option is
373                 given, fio will use pthread_create(3) to create threads
374                 instead.
375
376 zonesize=siint  Divide a file into zones of the specified size. See zoneskip.
377
378 zoneskip=siint  Skip the specified number of bytes when zonesize data has
379                 been read. The two zone options can be used to only do
380                 io on zones of a file.
381
382 write_iolog=str Write the issued io patterns to the specified file. See
383                 read_iolog.
384
385 read_iolog=str  Open an iolog with the specified file name and replay the
386                 io patterns it contains. This can be used to store a
387                 workload and replay it sometime later.
388
389 write_bw_log    If given, write a bandwidth log of the jobs in this job
390                 file. Can be used to store data of the bandwidth of the
391                 jobs in their lifetime. The included fio_generate_plots
392                 script uses gnuplot to turn these text files into nice
393                 graphs.
394
395 write_lat_log   Same as write_bw_log, except that this option stores io
396                 completion latencies instead.
397
398 lockmem=siint   Pin down the specified amount of memory with mlock(2). Can
399                 potentially be used instead of removing memory or booting
400                 with less memory to simulate a smaller amount of memory.
401
402 exec_prerun=str Before running this job, issue the command specified
403                 through system(3).
404
405 exec_postrun=str After the job completes, issue the command specified
406                  though system(3).
407
408 ioscheduler=str Attempt to switch the device hosting the file to the specified
409                 io scheduler before running.
410
411 cpuload=int     If the job is a CPU cycle eater, attempt to use the specified
412                 percentage of CPU cycles.
413
414 cpuchunks=int   If the job is a CPU cycle eater, split the load into
415                 cycles of the given time. In miliseconds.
416
417
418 6.0 Interpreting the output
419 ---------------------------
420
421 fio spits out a lot of output. While running, fio will display the
422 status of the jobs created. An example of that would be:
423
424 Threads running: 1: [_r] [24.79% done] [eta 00h:01m:31s]
425
426 The characters inside the square brackets denote the current status of
427 each thread. The possible values (in typical life cycle order) are:
428
429 Idle    Run
430 ----    ---
431 P               Thread setup, but not started.
432 C               Thread created.
433 I               Thread initialized, waiting.
434         R       Running, doing sequential reads.
435         r       Running, doing random reads.
436         W       Running, doing sequential writes.
437         w       Running, doing random writes.
438         M       Running, doing mixed sequential reads/writes.
439         m       Running, doing mixed random reads/writes.
440         F       Running, currently waiting for fsync()
441 V               Running, doing verification of written data.
442 E               Thread exited, not reaped by main thread yet.
443 _               Thread reaped.
444
445 The other values are fairly self explanatory - number of threads
446 currently running and doing io, and the estimated completion percentage
447 and time for the running group. It's impossible to estimate runtime
448 of the following groups (if any).
449
450 When fio is done (or interrupted by ctrl-c), it will show the data for
451 each thread, group of threads, and disks in that order. For each data
452 direction, the output looks like:
453
454 Client1 (g=0): err= 0:
455   write: io=    32MiB, bw=   666KiB/s, runt= 50320msec
456     slat (msec): min=    0, max=  136, avg= 0.03, dev= 1.92
457     clat (msec): min=    0, max=  631, avg=48.50, dev=86.82
458     bw (KiB/s) : min=    0, max= 1196, per=51.00%, avg=664.02, dev=681.68
459   cpu        : usr=1.49%, sys=0.25%, ctx=7969
460
461 The client number is printed, along with the group id and error of that
462 thread. Below is the io statistics, here for writes. In the order listed,
463 they denote:
464
465 io=             Number of megabytes io performed
466 bw=             Average bandwidth rate
467 runt=           The runtime of that thread
468         slat=   Submission latency (avg being the average, dev being the
469                 standard deviation). This is the time it took to submit
470                 the io. For sync io, the slat is really the completion
471                 latency, since queue/complete is one operation there.
472         clat=   Completion latency. Same names as slat, this denotes the
473                 time from submission to completion of the io pieces. For
474                 sync io, clat will usually be equal (or very close) to 0,
475                 as the time from submit to complete is basically just
476                 CPU time (io has already been done, see slat explanation).
477         bw=     Bandwidth. Same names as the xlat stats, but also includes
478                 an approximate percentage of total aggregate bandwidth
479                 this thread received in this group. This last value is
480                 only really useful if the threads in this group are on the
481                 same disk, since they are then competing for disk access.
482 cpu=            CPU usage. User and system time, along with the number
483                 of context switches this thread went through.
484
485 After each client has been listed, the group statistics are printed. They
486 will look like this:
487
488 Run status group 0 (all jobs):
489    READ: io=64MiB, aggrb=22178, minb=11355, maxb=11814, mint=2840msec, maxt=2955msec
490   WRITE: io=64MiB, aggrb=1302, minb=666, maxb=669, mint=50093msec, maxt=50320msec
491
492 For each data direction, it prints:
493
494 io=             Number of megabytes io performed.
495 aggrb=          Aggregate bandwidth of threads in this group.
496 minb=           The minimum average bandwidth a thread saw.
497 maxb=           The maximum average bandwidth a thread saw.
498 mint=           The smallest runtime of the threads in that group.
499 maxt=           The longest runtime of the threads in that group.
500
501 And finally, the disk statistics are printed. They will look like this:
502
503 Disk stats (read/write):
504   sda: ios=16398/16511, merge=30/162, ticks=6853/819634, in_queue=826487, util=100.00%
505
506 Each value is printed for both reads and writes, with reads first. The
507 numbers denote:
508
509 ios=            Number of ios performed by all groups.
510 merge=          Number of merges io the io scheduler.
511 ticks=          Number of ticks we kept the disk busy.
512 io_queue=       Total time spent in the disk queue.
513 util=           The disk utilization. A value of 100% means we kept the disk
514                 busy constantly, 50% would be a disk idling half of the time.
515
516
517 7.0 Terse output
518 ----------------
519
520 For scripted usage where you typically want to generate tables or graphs
521 of the results, fio can output the results in a comma seperated format.
522 The format is one long line of values, such as:
523
524 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
525
526 Split up, the format is as follows:
527
528         jobname, groupid, error
529         READ status:
530                 KiB IO, bandwidth (KiB/sec), runtime (msec)
531                 Submission latency: min, max, mean, deviation
532                 Completion latency: min, max, mean, deviation
533                 Bw: min, max, aggreate percentage of total, mean, deviation
534         WRITE status:
535                 KiB IO, bandwidth (KiB/sec), runtime (msec)
536                 Submission latency: min, max, mean, deviation
537                 Completion latency: min, max, mean, deviation
538                 Bw: min, max, aggreate percentage of total, mean, deviation
539         CPU usage: user, system, context switches
540