Merge branch 'master' of ssh://router/data/git/fio
[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. A colon may also be used as the seperator, eg
183         1k:4k. If the option allows two sets of ranges, they can be
184         specified with a ',' or '/' delimiter: 1k-4k/8k-32k. Also see
185         siint.
186
187 With the above in mind, here follows the complete list of fio job
188 parameters.
189
190 name=str        ASCII name of the job. This may be used to override the
191                 name printed by fio for this job. Otherwise the job
192                 name is used. On the command line this parameter has the
193                 special purpose of also signaling the start of a new
194                 job.
195
196 directory=str   Prefix filenames with this directory. Used to places files
197                 in a different location than "./".
198
199 filename=str    Fio normally makes up a filename based on the job name,
200                 thread number, and file number. If you want to share
201                 files between threads in a job or several jobs, specify
202                 a filename for each of them to override the default.
203
204 rw=str          Type of io pattern. Accepted values are:
205
206                         read            Sequential reads
207                         write           Sequential writes
208                         randwrite       Random writes
209                         randread        Random reads
210                         rw              Sequential mixed reads and writes
211                         randrw          Random mixed reads and writes
212
213                 For the mixed io types, the default is to split them 50/50.
214                 For certain types of io the result may still be skewed a bit,
215                 since the speed may be different.
216
217 randrepeat=bool For random IO workloads, seed the generator in a predictable
218                 way so that results are repeatable across repetitions.
219
220 size=siint      The total size of file io for this job. This may describe
221                 the size of the single file the job uses, or it may be
222                 divided between the number of files in the job. If the
223                 file already exists, the file size will be adjusted to this
224                 size if larger than the current file size. If this parameter
225                 is not given and the file exists, the file size will be used.
226
227 bs=siint        The block size used for the io units. Defaults to 4k. Values
228                 can be given for both read and writes. If a single siint is
229                 given, it will apply to both. If a second siint is specified
230                 after a comma, it will apply to writes only. In other words,
231                 the format is either bs=read_and_write or bs=read,write.
232                 bs=4k,8k will thus use 4k blocks for reads, and 8k blocks
233                 for writes. If you only wish to set the write size, you
234                 can do so by passing an empty read size - bs=,8k will set
235                 8k for writes and leave the read default value.
236
237 bsrange=irange  Instead of giving a single block size, specify a range
238                 and fio will mix the issued io block sizes. The issued
239                 io unit will always be a multiple of the minimum value
240                 given (also see bs_unaligned). Applies to both reads and
241                 writes, however a second range can be given after a comma.
242                 See bs=.
243
244 bs_unaligned    If this option is given, any byte size value within bsrange
245                 may be used as a block range. This typically wont work with
246                 direct IO, as that normally requires sector alignment.
247
248 nrfiles=int     Number of files to use for this job. Defaults to 1.
249
250 ioengine=str    Defines how the job issues io to the file. The following
251                 types are defined:
252
253                         sync    Basic read(2) or write(2) io. lseek(2) is
254                                 used to position the io location.
255
256                         libaio  Linux native asynchronous io.
257
258                         posixaio glibc posix asynchronous io.
259
260                         mmap    File is memory mapped and data copied
261                                 to/from using memcpy(3).
262
263                         splice  splice(2) is used to transfer the data and
264                                 vmsplice(2) to transfer data from user
265                                 space to the kernel.
266
267                         sg      SCSI generic sg v3 io. May either be
268                                 synchronous using the SG_IO ioctl, or if
269                                 the target is an sg character device
270                                 we use read(2) and write(2) for asynchronous
271                                 io.
272
273                         null    Doesn't transfer any data, just pretends
274                                 to. This is mainly used to exercise fio
275                                 itself and for debugging/testing purposes.
276
277 iodepth=int     This defines how many io units to keep in flight against
278                 the file. The default is 1 for each file defined in this
279                 job, can be overridden with a larger value for higher
280                 concurrency.
281
282 direct=bool     If value is true, use non-buffered io. This is usually
283                 O_DIRECT.
284
285 buffered=bool   If value is true, use buffered io. This is the opposite
286                 of the 'direct' option. Defaults to true.
287
288 offset=siint    Start io at the given offset in the file. The data before
289                 the given offset will not be touched. This effectively
290                 caps the file size at real_size - offset.
291
292 fsync=int       If writing to a file, issue a sync of the dirty data
293                 for every number of blocks given. For example, if you give
294                 32 as a parameter, fio will sync the file for every 32
295                 writes issued. If fio is using non-buffered io, we may
296                 not sync the file. The exception is the sg io engine, which
297                 synchronizes the disk cache anyway.
298
299 overwrite=bool  If writing to a file, setup the file first and do overwrites.
300
301 end_fsync=bool  If true, fsync file contents when the job exits.
302
303 rwmixcycle=int  Value in milliseconds describing how often to switch between
304                 reads and writes for a mixed workload. The default is
305                 500 msecs.
306
307 rwmixread=int   How large a percentage of the mix should be reads.
308
309 rwmixwrite=int  How large a percentage of the mix should be writes. If both
310                 rwmixread and rwmixwrite is given and the values do not add
311                 up to 100%, the latter of the two will be used to override
312                 the first.
313
314 norandommap     Normally fio will cover every block of the file when doing
315                 random IO. If this option is given, fio will just get a
316                 new random offset without looking at past io history. This
317                 means that some blocks may not be read or written, and that
318                 some blocks may be read/written more than once. This option
319                 is mutually exclusive with verify= for that reason.
320
321 nice=int        Run the job with the given nice value. See man nice(2).
322
323 prio=int        Set the io priority value of this job. Linux limits us to
324                 a positive value between 0 and 7, with 0 being the highest.
325                 See man ionice(1).
326
327 prioclass=int   Set the io priority class. See man ionice(1).
328
329 thinktime=int   Stall the job x microseconds after an io has completed before
330                 issuing the next. May be used to simulate processing being
331                 done by an application. See thinktime_blocks.
332
333 thinktime_blocks
334                 Only valid if thinktime is set - control how many blocks
335                 to issue, before waiting 'thinktime' usecs. If not set,
336                 defaults to 1 which will make fio wait 'thinktime' usecs
337                 after every block.
338
339 rate=int        Cap the bandwidth used by this job to this number of KiB/sec.
340
341 ratemin=int     Tell fio to do whatever it can to maintain at least this
342                 bandwidth.
343
344 ratecycle=int   Average bandwidth for 'rate' and 'ratemin' over this number
345                 of milliseconds.
346
347 cpumask=int     Set the CPU affinity of this job. The parameter given is a
348                 bitmask of allowed CPU's the job may run on. See man
349                 sched_setaffinity(2).
350
351 startdelay=int  Start this job the specified number of seconds after fio
352                 has started. Only useful if the job file contains several
353                 jobs, and you want to delay starting some jobs to a certain
354                 time.
355
356 runtime=int     Tell fio to terminate processing after the specified number
357                 of seconds. It can be quite hard to determine for how long
358                 a specified job will run, so this parameter is handy to
359                 cap the total runtime to a given time.
360
361 invalidate=bool Invalidate the buffer/page cache parts for this file prior
362                 to starting io. Defaults to true.
363
364 sync=bool       Use sync io for buffered writes. For the majority of the
365                 io engines, this means using O_SYNC.
366
367 mem=str         Fio can use various types of memory as the io unit buffer.
368                 The allowed values are:
369
370                         malloc  Use memory from malloc(3) as the buffers.
371
372                         shm     Use shared memory as the buffers. Allocated
373                                 through shmget(2).
374
375                         shmhuge Same as shm, but use huge pages as backing.
376
377                         mmap    Use mmap to allocate buffers. May either be
378                                 anonymous memory, or can be file backed if
379                                 a filename is given after the option. The
380                                 format is mem=mmap:/path/to/file.
381
382                         mmaphuge Use a memory mapped huge file as the buffer
383                                 backing. Append filename after mmaphuge, ala
384                                 mem=mmaphuge:/hugetlbfs/file
385
386                 The area allocated is a function of the maximum allowed
387                 bs size for the job, multiplied by the io depth given. Note
388                 that for shmhuge and mmaphuge to work, the system must have
389                 free huge pages allocated. This can normally be checked
390                 and set by reading/writing /proc/sys/vm/nr_hugepages on a
391                 Linux system. Fio assumes a huge page is 4MiB in size. So
392                 to calculate the number of huge pages you need for a given
393                 job file, add up the io depth of all jobs (normally one unless
394                 iodepth= is used) and multiply by the maximum bs set. Then
395                 divide that number by the huge page size. You can see the
396                 size of the huge pages in /proc/meminfo. If no huge pages
397                 are allocated by having a non-zero number in nr_hugepages,
398                 using mmaphuge or shmhuge will fail. Also see hugepage-size.
399
400                 mmaphuge also needs to have hugetlbfs mounted and the file
401                 location should point there. So if it's mounted in /huge,
402                 you would use mem=mmaphuge:/huge/somefile.
403
404 hugepage-size=siint
405                 Defines the size of a huge page. Must at least be equal
406                 to the system setting, see /proc/meminfo. Defaults to 4MiB.
407                 Should probably always be a multiple of megabytes, so using
408                 hugepage-size=Xm is the preferred way to set this to avoid
409                 setting a non-pow-2 bad value.
410
411 exitall         When one job finishes, terminate the rest. The default is
412                 to wait for each job to finish, sometimes that is not the
413                 desired action.
414
415 bwavgtime=int   Average the calculated bandwidth over the given time. Value
416                 is specified in milliseconds.
417
418 create_serialize=bool   If true, serialize the file creating for the jobs.
419                         This may be handy to avoid interleaving of data
420                         files, which may greatly depend on the filesystem
421                         used and even the number of processors in the system.
422
423 create_fsync=bool       fsync the data file after creation. This is the
424                         default.
425
426 unlink=bool     Unlink the job files when done. fio defaults to doing this,
427                 if it created the file itself.
428
429 loops=int       Run the specified number of iterations of this job. Used
430                 to repeat the same workload a given number of times. Defaults
431                 to 1.
432
433 verify=str      If writing to a file, fio can verify the file contents
434                 after each iteration of the job. The allowed values are:
435
436                         md5     Use an md5 sum of the data area and store
437                                 it in the header of each block.
438
439                         crc32   Use a crc32 sum of the data area and store
440                                 it in the header of each block.
441
442                 This option can be used for repeated burn-in tests of a
443                 system to make sure that the written data is also
444                 correctly read back.
445
446 stonewall       Wait for preceeding jobs in the job file to exit, before
447                 starting this one. Can be used to insert serialization
448                 points in the job file.
449
450 numjobs=int     Create the specified number of clones of this job. May be
451                 used to setup a larger number of threads/processes doing
452                 the same thing.
453
454 thread          fio defaults to forking jobs, however if this option is
455                 given, fio will use pthread_create(3) to create threads
456                 instead.
457
458 zonesize=siint  Divide a file into zones of the specified size. See zoneskip.
459
460 zoneskip=siint  Skip the specified number of bytes when zonesize data has
461                 been read. The two zone options can be used to only do
462                 io on zones of a file.
463
464 write_iolog=str Write the issued io patterns to the specified file. See
465                 read_iolog.
466
467 read_iolog=str  Open an iolog with the specified file name and replay the
468                 io patterns it contains. This can be used to store a
469                 workload and replay it sometime later.
470
471 write_bw_log    If given, write a bandwidth log of the jobs in this job
472                 file. Can be used to store data of the bandwidth of the
473                 jobs in their lifetime. The included fio_generate_plots
474                 script uses gnuplot to turn these text files into nice
475                 graphs.
476
477 write_lat_log   Same as write_bw_log, except that this option stores io
478                 completion latencies instead.
479
480 lockmem=siint   Pin down the specified amount of memory with mlock(2). Can
481                 potentially be used instead of removing memory or booting
482                 with less memory to simulate a smaller amount of memory.
483
484 exec_prerun=str Before running this job, issue the command specified
485                 through system(3).
486
487 exec_postrun=str After the job completes, issue the command specified
488                  though system(3).
489
490 ioscheduler=str Attempt to switch the device hosting the file to the specified
491                 io scheduler before running.
492
493 cpuload=int     If the job is a CPU cycle eater, attempt to use the specified
494                 percentage of CPU cycles.
495
496 cpuchunks=int   If the job is a CPU cycle eater, split the load into
497                 cycles of the given time. In milliseconds.
498
499
500 6.0 Interpreting the output
501 ---------------------------
502
503 fio spits out a lot of output. While running, fio will display the
504 status of the jobs created. An example of that would be:
505
506 Threads running: 1: [_r] [24.79% done] [ 13509/  8334 kb/s] [eta 00h:01m:31s]
507
508 The characters inside the square brackets denote the current status of
509 each thread. The possible values (in typical life cycle order) are:
510
511 Idle    Run
512 ----    ---
513 P               Thread setup, but not started.
514 C               Thread created.
515 I               Thread initialized, waiting.
516         R       Running, doing sequential reads.
517         r       Running, doing random reads.
518         W       Running, doing sequential writes.
519         w       Running, doing random writes.
520         M       Running, doing mixed sequential reads/writes.
521         m       Running, doing mixed random reads/writes.
522         F       Running, currently waiting for fsync()
523 V               Running, doing verification of written data.
524 E               Thread exited, not reaped by main thread yet.
525 _               Thread reaped.
526
527 The other values are fairly self explanatory - number of threads
528 currently running and doing io, rate of io since last check, and the estimated
529 completion percentage and time for the running group. It's impossible to
530 estimate runtime of the following groups (if any).
531
532 When fio is done (or interrupted by ctrl-c), it will show the data for
533 each thread, group of threads, and disks in that order. For each data
534 direction, the output looks like:
535
536 Client1 (g=0): err= 0:
537   write: io=    32MiB, bw=   666KiB/s, runt= 50320msec
538     slat (msec): min=    0, max=  136, avg= 0.03, stdev= 1.92
539     clat (msec): min=    0, max=  631, avg=48.50, stdev=86.82
540     bw (KiB/s) : min=    0, max= 1196, per=51.00%, avg=664.02, stdev=681.68
541   cpu        : usr=1.49%, sys=0.25%, ctx=7969
542
543 The client number is printed, along with the group id and error of that
544 thread. Below is the io statistics, here for writes. In the order listed,
545 they denote:
546
547 io=             Number of megabytes io performed
548 bw=             Average bandwidth rate
549 runt=           The runtime of that thread
550         slat=   Submission latency (avg being the average, dev being the
551                 standard deviation). This is the time it took to submit
552                 the io. For sync io, the slat is really the completion
553                 latency, since queue/complete is one operation there.
554         clat=   Completion latency. Same names as slat, this denotes the
555                 time from submission to completion of the io pieces. For
556                 sync io, clat will usually be equal (or very close) to 0,
557                 as the time from submit to complete is basically just
558                 CPU time (io has already been done, see slat explanation).
559         bw=     Bandwidth. Same names as the xlat stats, but also includes
560                 an approximate percentage of total aggregate bandwidth
561                 this thread received in this group. This last value is
562                 only really useful if the threads in this group are on the
563                 same disk, since they are then competing for disk access.
564 cpu=            CPU usage. User and system time, along with the number
565                 of context switches this thread went through.
566
567 After each client has been listed, the group statistics are printed. They
568 will look like this:
569
570 Run status group 0 (all jobs):
571    READ: io=64MiB, aggrb=22178, minb=11355, maxb=11814, mint=2840msec, maxt=2955msec
572   WRITE: io=64MiB, aggrb=1302, minb=666, maxb=669, mint=50093msec, maxt=50320msec
573
574 For each data direction, it prints:
575
576 io=             Number of megabytes io performed.
577 aggrb=          Aggregate bandwidth of threads in this group.
578 minb=           The minimum average bandwidth a thread saw.
579 maxb=           The maximum average bandwidth a thread saw.
580 mint=           The smallest runtime of the threads in that group.
581 maxt=           The longest runtime of the threads in that group.
582
583 And finally, the disk statistics are printed. They will look like this:
584
585 Disk stats (read/write):
586   sda: ios=16398/16511, merge=30/162, ticks=6853/819634, in_queue=826487, util=100.00%
587
588 Each value is printed for both reads and writes, with reads first. The
589 numbers denote:
590
591 ios=            Number of ios performed by all groups.
592 merge=          Number of merges io the io scheduler.
593 ticks=          Number of ticks we kept the disk busy.
594 io_queue=       Total time spent in the disk queue.
595 util=           The disk utilization. A value of 100% means we kept the disk
596                 busy constantly, 50% would be a disk idling half of the time.
597
598
599 7.0 Terse output
600 ----------------
601
602 For scripted usage where you typically want to generate tables or graphs
603 of the results, fio can output the results in a comma separated format.
604 The format is one long line of values, such as:
605
606 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
607
608 Split up, the format is as follows:
609
610         jobname, groupid, error
611         READ status:
612                 KiB IO, bandwidth (KiB/sec), runtime (msec)
613                 Submission latency: min, max, mean, deviation
614                 Completion latency: min, max, mean, deviation
615                 Bw: min, max, aggregate percentage of total, mean, deviation
616         WRITE status:
617                 KiB IO, bandwidth (KiB/sec), runtime (msec)
618                 Submission latency: min, max, mean, deviation
619                 Completion latency: min, max, mean, deviation
620                 Bw: min, max, aggregate percentage of total, mean, deviation
621         CPU usage: user, system, context switches
622