ae19834f84fccd56f86feab0c2a9abf0b99c897f
[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. 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 descreasing 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 specifiy 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 signalling 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.
222
223 bsrange=irange  Instead of giving a single block size, specify a range
224                 and fio will mix the issued io block sizes. The issued
225                 io unit will always be a multiple of the minimum value
226                 given.
227
228 nrfiles=int     Number of files to use for this job. Defaults to 1.
229
230 ioengine=str    Defines how the job issues io to the file. The following
231                 types are defined:
232
233                         sync    Basic read(2) or write(2) io. lseek(2) is
234                                 used to position the io location.
235
236                         libaio  Linux native asynchronous io.
237
238                         posixaio glibc posix asynchronous io.
239
240                         mmap    File is memory mapped and data copied
241                                 to/from using memcpy(3).
242
243                         splice  splice(2) is used to transfer the data and
244                                 vmsplice(2) to transfer data from user
245                                 space to the kernel.
246
247                         sg      SCSI generic sg v3 io. May either be
248                                 syncrhonous using the SG_IO ioctl, or if
249                                 the target is an sg character device
250                                 we use read(2) and write(2) for asynchronous
251                                 io.
252
253 iodepth=int     This defines how many io units to keep in flight against
254                 the file. The default is 1 for each file defined in this
255                 job, can be overridden with a larger value for higher
256                 concurrency.
257
258 direct=bool     If value is true, use non-buffered io. This is usually
259                 O_DIRECT. Defaults to true.
260
261 offset=siint    Start io at the given offset in the file. The data before
262                 the given offset will not be touched. This effectively
263                 caps the file size at real_size - offset.
264
265 fsync=int       If writing to a file, issue a sync of the dirty data
266                 for every number of blocks given. For example, if you give
267                 32 as a parameter, fio will sync the file for every 32
268                 writes issued. If fio is using non-buffered io, we may
269                 not sync the file. The exception is the sg io engine, which
270                 syncronizes the disk cache anyway.
271
272 overwrite=bool  If writing to a file, setup the file first and do overwrites.
273
274 end_fsync=bool  If true, fsync file contents when the job exits.
275
276 rwmixcycle=int  Value in miliseconds describing how often to switch between
277                 reads and writes for a mixed workload. The default is
278                 500 msecs.
279
280 rwmixread=int   How large a percentage of the mix should be reads.
281
282 rwmixwrite=int  How large a percentage of the mix should be writes. If both
283                 rwmixread and rwmixwrite is given and the values do not add
284                 up to 100%, the latter of the two will be used to override
285                 the first.
286
287 nice=int        Run the job with the given nice value. See man nice(2).
288
289 prio=int        Set the io priority value of this job. Linux limits us to
290                 a positive value between 0 and 7, with 0 being the highest.
291                 See man ionice(1).
292
293 prioclass=int   Set the io priority class. See man ionice(1).
294
295 thinktime=int   Stall the job x microseconds after an io has completed before
296                 issuing the next. May be used to simulate processing being
297                 done by an application.
298
299 rate=int        Cap the bandwidth used by this job to this number of KiB/sec.
300
301 ratemin=int     Tell fio to do whatever it can to maintain at least this
302                 bandwidth.
303
304 ratecycle=int   Average bandwidth for 'rate' and 'ratemin' over this number
305                 of miliseconds.
306
307 cpumask=int     Set the CPU affinity of this job. The parameter given is a
308                 bitmask of allowed CPU's the job may run on. See man
309                 sched_setaffinity(2).
310
311 startdelay=int  Start this job the specified number of seconds after fio
312                 has started. Only useful if the job file contains several
313                 jobs, and you want to delay starting some jobs to a certain
314                 time.
315
316 timeout=int     Tell fio to terminate processing after the specified number
317                 of seconds. It can be quite hard to determine for how long
318                 a specified job will run, so this parameter is handy to
319                 cap the total runtime to a given time.
320
321 invalidate=bool Invalidate the buffer/page cache parts for this file prior
322                 to starting io. Defaults to true.
323
324 sync=bool       Use sync io for buffered writes. For the majority of the
325                 io engines, this means using O_SYNC.
326
327 mem=str         Fio can use various types of memory as the io unit buffer.
328                 The allowed values are:
329
330                         malloc  Use memory from malloc(3) as the buffers.
331
332                         shm     Use shared memory as the buffers. Allocated
333                                 through shmget(2).
334
335                         mmap    Use anonymous memory maps as the buffers.
336                                 Allocated through mmap(2).
337
338                 The area allocated is a function of the maximum allowed
339                 bs size for the job, multiplied by the io depth given.
340
341 exitall         When one job finishes, terminate the rest. The default is
342                 to wait for each job to finish, sometimes that is not the
343                 desired action.
344
345 bwavgtime=int   Average the calculated bandwidth over the given time. Value
346                 is specified in miliseconds.
347
348 create_serialize=bool   If true, serialize the file creating for the jobs.
349                         This may be handy to avoid interleaving of data
350                         files, which may greatly depend on the filesystem
351                         used and even the number of processors in the system.
352
353 create_fsync=bool       fsync the data file after creation. This is the
354                         default.
355
356 unlink          Unlink the job files when done. fio defaults to doing this,
357                 if it created the file itself.
358
359 loops=int       Run the specified number of iterations of this job. Used
360                 to repeat the same workload a given number of times. Defaults
361                 to 1.
362
363 verify=str      If writing to a file, fio can verify the file contents
364                 after each iteration of the job. The allowed values are:
365
366                         md5     Use an md5 sum of the data area and store
367                                 it in the header of each block.
368
369                         crc32   Use a crc32 sum of the data area and store
370                                 it in the header of each block.
371
372                 This option can be used for repeated burnin tests of a
373                 system to make sure that the written data is also
374                 correctly read back.
375
376 stonewall       Wait for preceeding jobs in the job file to exit, before
377                 starting this one. Can be used to insert serialization
378                 points in the job file.
379
380 numjobs=int     Create the specified number of clones of this job. May be
381                 used to setup a larger number of threads/processes doing
382                 the same thing.
383
384 thread          fio defaults to forking jobs, however if this option is
385                 given, fio will use pthread_create(3) to create threads
386                 instead.
387
388 zonesize=siint  Divide a file into zones of the specified size. See zoneskip.
389
390 zoneskip=siint  Skip the specified number of bytes when zonesize data has
391                 been read. The two zone options can be used to only do
392                 io on zones of a file.
393
394 write_iolog=str Write the issued io patterns to the specified file. See
395                 read_iolog.
396
397 read_iolog=str  Open an iolog with the specified file name and replay the
398                 io patterns it contains. This can be used to store a
399                 workload and replay it sometime later.
400
401 write_bw_log    If given, write a bandwidth log of the jobs in this job
402                 file. Can be used to store data of the bandwidth of the
403                 jobs in their lifetime. The included fio_generate_plots
404                 script uses gnuplot to turn these text files into nice
405                 graphs.
406
407 write_lat_log   Same as write_bw_log, except that this option stores io
408                 completion latencies instead.
409
410 lockmem=siint   Pin down the specified amount of memory with mlock(2). Can
411                 potentially be used instead of removing memory or booting
412                 with less memory to simulate a smaller amount of memory.
413
414 exec_prerun=str Before running this job, issue the command specified
415                 through system(3).
416
417 exec_postrun=str After the job completes, issue the command specified
418                  though system(3).
419
420 ioscheduler=str Attempt to switch the device hosting the file to the specified
421                 io scheduler before running.
422
423 cpuload=int     If the job is a CPU cycle eater, attempt to use the specified
424                 percentage of CPU cycles.
425
426 cpuchunks=int   If the job is a CPU cycle eater, split the load into
427                 cycles of the given time. In miliseconds.
428
429
430 6.0 Interpreting the output
431 ---------------------------
432
433 fio spits out a lot of output. While running, fio will display the
434 status of the jobs created. An example of that would be:
435
436 Threads running: 1: [_r] [24.79% done] [eta 00h:01m:31s]
437
438 The characters inside the square brackets denote the current status of
439 each thread. The possible values (in typical life cycle order) are:
440
441 Idle    Run
442 ----    ---
443 P               Thread setup, but not started.
444 C               Thread created.
445 I               Thread initialized, waiting.
446         R       Running, doing sequential reads.
447         r       Running, doing random reads.
448         W       Running, doing sequential writes.
449         w       Running, doing random writes.
450         M       Running, doing mixed sequential reads/writes.
451         m       Running, doing mixed random reads/writes.
452         F       Running, currently waiting for fsync()
453 V               Running, doing verification of written data.
454 E               Thread exited, not reaped by main thread yet.
455 _               Thread reaped.
456
457 The other values are fairly self explanatory - number of threads
458 currently running and doing io, and the estimated completion percentage
459 and time for the running group. It's impossible to estimate runtime
460 of the following groups (if any).
461
462 When fio is done (or interrupted by ctrl-c), it will show the data for
463 each thread, group of threads, and disks in that order. For each data
464 direction, the output looks like:
465
466 Client1 (g=0): err= 0:
467   write: io=    32MiB, bw=   666KiB/s, runt= 50320msec
468     slat (msec): min=    0, max=  136, avg= 0.03, dev= 1.92
469     clat (msec): min=    0, max=  631, avg=48.50, dev=86.82
470     bw (KiB/s) : min=    0, max= 1196, per=51.00%, avg=664.02, dev=681.68
471   cpu        : usr=1.49%, sys=0.25%, ctx=7969
472
473 The client number is printed, along with the group id and error of that
474 thread. Below is the io statistics, here for writes. In the order listed,
475 they denote:
476
477 io=             Number of megabytes io performed
478 bw=             Average bandwidth rate
479 runt=           The runtime of that thread
480         slat=   Submission latency (avg being the average, dev being the
481                 standard deviation). This is the time it took to submit
482                 the io. For sync io, the slat is really the completion
483                 latency, since queue/complete is one operation there.
484         clat=   Completion latency. Same names as slat, this denotes the
485                 time from submission to completion of the io pieces. For
486                 sync io, clat will usually be equal (or very close) to 0,
487                 as the time from submit to complete is basically just
488                 CPU time (io has already been done, see slat explanation).
489         bw=     Bandwidth. Same names as the xlat stats, but also includes
490                 an approximate percentage of total aggregate bandwidth
491                 this thread received in this group. This last value is
492                 only really useful if the threads in this group are on the
493                 same disk, since they are then competing for disk access.
494 cpu=            CPU usage. User and system time, along with the number
495                 of context switches this thread went through.
496
497 After each client has been listed, the group statistics are printed. They
498 will look like this:
499
500 Run status group 0 (all jobs):
501    READ: io=64MiB, aggrb=22178, minb=11355, maxb=11814, mint=2840msec, maxt=2955msec
502   WRITE: io=64MiB, aggrb=1302, minb=666, maxb=669, mint=50093msec, maxt=50320msec
503
504 For each data direction, it prints:
505
506 io=             Number of megabytes io performed.
507 aggrb=          Aggregate bandwidth of threads in this group.
508 minb=           The minimum average bandwidth a thread saw.
509 maxb=           The maximum average bandwidth a thread saw.
510 mint=           The smallest runtime of the threads in that group.
511 maxt=           The longest runtime of the threads in that group.
512
513 And finally, the disk statistics are printed. They will look like this:
514
515 Disk stats (read/write):
516   sda: ios=16398/16511, merge=30/162, ticks=6853/819634, in_queue=826487, util=100.00%
517
518 Each value is printed for both reads and writes, with reads first. The
519 numbers denote:
520
521 ios=            Number of ios performed by all groups.
522 merge=          Number of merges io the io scheduler.
523 ticks=          Number of ticks we kept the disk busy.
524 io_queue=       Total time spent in the disk queue.
525 util=           The disk utilization. A value of 100% means we kept the disk
526                 busy constantly, 50% would be a disk idling half of the time.
527
528
529 7.0 Terse output
530 ----------------
531
532 For scripted usage where you typically want to generate tables or graphs
533 of the results, fio can output the results in a comma seperated format.
534 The format is one long line of values, such as:
535
536 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
537
538 Split up, the format is as follows:
539
540         jobname, groupid, error
541         READ status:
542                 KiB IO, bandwidth (KiB/sec), runtime (msec)
543                 Submission latency: min, max, mean, deviation
544                 Completion latency: min, max, mean, deviation
545                 Bw: min, max, aggreate percentage of total, mean, deviation
546         WRITE status:
547                 KiB IO, bandwidth (KiB/sec), runtime (msec)
548                 Submission latency: min, max, mean, deviation
549                 Completion latency: min, max, mean, deviation
550                 Bw: min, max, aggreate percentage of total, mean, deviation
551         CPU usage: user, system, context switches
552