[PATCH] Rename io engines
[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 description=str Text description of the job. Doesn't do anything except
197                 dump this text description when this job is run. It's
198                 not parsed.
199
200 directory=str   Prefix filenames with this directory. Used to places files
201                 in a different location than "./".
202
203 filename=str    Fio normally makes up a filename based on the job name,
204                 thread number, and file number. If you want to share
205                 files between threads in a job or several jobs, specify
206                 a filename for each of them to override the default.
207
208 rw=str          Type of io pattern. Accepted values are:
209
210                         read            Sequential reads
211                         write           Sequential writes
212                         randwrite       Random writes
213                         randread        Random reads
214                         rw              Sequential mixed reads and writes
215                         randrw          Random mixed reads and writes
216
217                 For the mixed io types, the default is to split them 50/50.
218                 For certain types of io the result may still be skewed a bit,
219                 since the speed may be different.
220
221 randrepeat=bool For random IO workloads, seed the generator in a predictable
222                 way so that results are repeatable across repetitions.
223
224 size=siint      The total size of file io for this job. This may describe
225                 the size of the single file the job uses, or it may be
226                 divided between the number of files in the job. If the
227                 file already exists, the file size will be adjusted to this
228                 size if larger than the current file size. If this parameter
229                 is not given and the file exists, the file size will be used.
230
231 bs=siint        The block size used for the io units. Defaults to 4k. Values
232                 can be given for both read and writes. If a single siint is
233                 given, it will apply to both. If a second siint is specified
234                 after a comma, it will apply to writes only. In other words,
235                 the format is either bs=read_and_write or bs=read,write.
236                 bs=4k,8k will thus use 4k blocks for reads, and 8k blocks
237                 for writes. If you only wish to set the write size, you
238                 can do so by passing an empty read size - bs=,8k will set
239                 8k for writes and leave the read default value.
240
241 bsrange=irange  Instead of giving a single block size, specify a range
242                 and fio will mix the issued io block sizes. The issued
243                 io unit will always be a multiple of the minimum value
244                 given (also see bs_unaligned). Applies to both reads and
245                 writes, however a second range can be given after a comma.
246                 See bs=.
247
248 bs_unaligned    If this option is given, any byte size value within bsrange
249                 may be used as a block range. This typically wont work with
250                 direct IO, as that normally requires sector alignment.
251
252 nrfiles=int     Number of files to use for this job. Defaults to 1.
253
254 ioengine=str    Defines how the job issues io to the file. The following
255                 types are defined:
256
257                         sync    Basic read(2) or write(2) io. lseek(2) is
258                                 used to position the io location.
259
260                         libaio  Linux native asynchronous io.
261
262                         posixaio glibc posix asynchronous io.
263
264                         mmap    File is memory mapped and data copied
265                                 to/from using memcpy(3).
266
267                         splice  splice(2) is used to transfer the data and
268                                 vmsplice(2) to transfer data from user
269                                 space to the kernel.
270
271                         sg      SCSI generic sg v3 io. May either be
272                                 synchronous using the SG_IO ioctl, or if
273                                 the target is an sg character device
274                                 we use read(2) and write(2) for asynchronous
275                                 io.
276
277                         null    Doesn't transfer any data, just pretends
278                                 to. This is mainly used to exercise fio
279                                 itself and for debugging/testing purposes.
280
281 iodepth=int     This defines how many io units to keep in flight against
282                 the file. The default is 1 for each file defined in this
283                 job, can be overridden with a larger value for higher
284                 concurrency.
285
286 direct=bool     If value is true, use non-buffered io. This is usually
287                 O_DIRECT.
288
289 buffered=bool   If value is true, use buffered io. This is the opposite
290                 of the 'direct' option. Defaults to true.
291
292 offset=siint    Start io at the given offset in the file. The data before
293                 the given offset will not be touched. This effectively
294                 caps the file size at real_size - offset.
295
296 fsync=int       If writing to a file, issue a sync of the dirty data
297                 for every number of blocks given. For example, if you give
298                 32 as a parameter, fio will sync the file for every 32
299                 writes issued. If fio is using non-buffered io, we may
300                 not sync the file. The exception is the sg io engine, which
301                 synchronizes the disk cache anyway.
302
303 overwrite=bool  If writing to a file, setup the file first and do overwrites.
304
305 end_fsync=bool  If true, fsync file contents when the job exits.
306
307 rwmixcycle=int  Value in milliseconds describing how often to switch between
308                 reads and writes for a mixed workload. The default is
309                 500 msecs.
310
311 rwmixread=int   How large a percentage of the mix should be reads.
312
313 rwmixwrite=int  How large a percentage of the mix should be writes. If both
314                 rwmixread and rwmixwrite is given and the values do not add
315                 up to 100%, the latter of the two will be used to override
316                 the first.
317
318 norandommap     Normally fio will cover every block of the file when doing
319                 random IO. If this option is given, fio will just get a
320                 new random offset without looking at past io history. This
321                 means that some blocks may not be read or written, and that
322                 some blocks may be read/written more than once. This option
323                 is mutually exclusive with verify= for that reason.
324
325 nice=int        Run the job with the given nice value. See man nice(2).
326
327 prio=int        Set the io priority value of this job. Linux limits us to
328                 a positive value between 0 and 7, with 0 being the highest.
329                 See man ionice(1).
330
331 prioclass=int   Set the io priority class. See man ionice(1).
332
333 thinktime=int   Stall the job x microseconds after an io has completed before
334                 issuing the next. May be used to simulate processing being
335                 done by an application. See thinktime_blocks.
336
337 thinktime_blocks
338                 Only valid if thinktime is set - control how many blocks
339                 to issue, before waiting 'thinktime' usecs. If not set,
340                 defaults to 1 which will make fio wait 'thinktime' usecs
341                 after every block.
342
343 rate=int        Cap the bandwidth used by this job to this number of KiB/sec.
344
345 ratemin=int     Tell fio to do whatever it can to maintain at least this
346                 bandwidth.
347
348 ratecycle=int   Average bandwidth for 'rate' and 'ratemin' over this number
349                 of milliseconds.
350
351 cpumask=int     Set the CPU affinity of this job. The parameter given is a
352                 bitmask of allowed CPU's the job may run on. See man
353                 sched_setaffinity(2).
354
355 startdelay=int  Start this job the specified number of seconds after fio
356                 has started. Only useful if the job file contains several
357                 jobs, and you want to delay starting some jobs to a certain
358                 time.
359
360 runtime=int     Tell fio to terminate processing after the specified number
361                 of seconds. It can be quite hard to determine for how long
362                 a specified job will run, so this parameter is handy to
363                 cap the total runtime to a given time.
364
365 invalidate=bool Invalidate the buffer/page cache parts for this file prior
366                 to starting io. Defaults to true.
367
368 sync=bool       Use sync io for buffered writes. For the majority of the
369                 io engines, this means using O_SYNC.
370
371 mem=str         Fio can use various types of memory as the io unit buffer.
372                 The allowed values are:
373
374                         malloc  Use memory from malloc(3) as the buffers.
375
376                         shm     Use shared memory as the buffers. Allocated
377                                 through shmget(2).
378
379                         shmhuge Same as shm, but use huge pages as backing.
380
381                         mmap    Use mmap to allocate buffers. May either be
382                                 anonymous memory, or can be file backed if
383                                 a filename is given after the option. The
384                                 format is mem=mmap:/path/to/file.
385
386                         mmaphuge Use a memory mapped huge file as the buffer
387                                 backing. Append filename after mmaphuge, ala
388                                 mem=mmaphuge:/hugetlbfs/file
389
390                 The area allocated is a function of the maximum allowed
391                 bs size for the job, multiplied by the io depth given. Note
392                 that for shmhuge and mmaphuge to work, the system must have
393                 free huge pages allocated. This can normally be checked
394                 and set by reading/writing /proc/sys/vm/nr_hugepages on a
395                 Linux system. Fio assumes a huge page is 4MiB in size. So
396                 to calculate the number of huge pages you need for a given
397                 job file, add up the io depth of all jobs (normally one unless
398                 iodepth= is used) and multiply by the maximum bs set. Then
399                 divide that number by the huge page size. You can see the
400                 size of the huge pages in /proc/meminfo. If no huge pages
401                 are allocated by having a non-zero number in nr_hugepages,
402                 using mmaphuge or shmhuge will fail. Also see hugepage-size.
403
404                 mmaphuge also needs to have hugetlbfs mounted and the file
405                 location should point there. So if it's mounted in /huge,
406                 you would use mem=mmaphuge:/huge/somefile.
407
408 hugepage-size=siint
409                 Defines the size of a huge page. Must at least be equal
410                 to the system setting, see /proc/meminfo. Defaults to 4MiB.
411                 Should probably always be a multiple of megabytes, so using
412                 hugepage-size=Xm is the preferred way to set this to avoid
413                 setting a non-pow-2 bad value.
414
415 exitall         When one job finishes, terminate the rest. The default is
416                 to wait for each job to finish, sometimes that is not the
417                 desired action.
418
419 bwavgtime=int   Average the calculated bandwidth over the given time. Value
420                 is specified in milliseconds.
421
422 create_serialize=bool   If true, serialize the file creating for the jobs.
423                         This may be handy to avoid interleaving of data
424                         files, which may greatly depend on the filesystem
425                         used and even the number of processors in the system.
426
427 create_fsync=bool       fsync the data file after creation. This is the
428                         default.
429
430 unlink=bool     Unlink the job files when done. Not the default, as repeated
431                 runs of that job would then waste time recreating the fileset
432                 again and again.
433
434 loops=int       Run the specified number of iterations of this job. Used
435                 to repeat the same workload a given number of times. Defaults
436                 to 1.
437
438 verify=str      If writing to a file, fio can verify the file contents
439                 after each iteration of the job. The allowed values are:
440
441                         md5     Use an md5 sum of the data area and store
442                                 it in the header of each block.
443
444                         crc32   Use a crc32 sum of the data area and store
445                                 it in the header of each block.
446
447                 This option can be used for repeated burn-in tests of a
448                 system to make sure that the written data is also
449                 correctly read back.
450
451 stonewall       Wait for preceeding jobs in the job file to exit, before
452                 starting this one. Can be used to insert serialization
453                 points in the job file.
454
455 numjobs=int     Create the specified number of clones of this job. May be
456                 used to setup a larger number of threads/processes doing
457                 the same thing.
458
459 thread          fio defaults to forking jobs, however if this option is
460                 given, fio will use pthread_create(3) to create threads
461                 instead.
462
463 zonesize=siint  Divide a file into zones of the specified size. See zoneskip.
464
465 zoneskip=siint  Skip the specified number of bytes when zonesize data has
466                 been read. The two zone options can be used to only do
467                 io on zones of a file.
468
469 write_iolog=str Write the issued io patterns to the specified file. See
470                 read_iolog.
471
472 read_iolog=str  Open an iolog with the specified file name and replay the
473                 io patterns it contains. This can be used to store a
474                 workload and replay it sometime later.
475
476 write_bw_log    If given, write a bandwidth log of the jobs in this job
477                 file. Can be used to store data of the bandwidth of the
478                 jobs in their lifetime. The included fio_generate_plots
479                 script uses gnuplot to turn these text files into nice
480                 graphs.
481
482 write_lat_log   Same as write_bw_log, except that this option stores io
483                 completion latencies instead.
484
485 lockmem=siint   Pin down the specified amount of memory with mlock(2). Can
486                 potentially be used instead of removing memory or booting
487                 with less memory to simulate a smaller amount of memory.
488
489 exec_prerun=str Before running this job, issue the command specified
490                 through system(3).
491
492 exec_postrun=str After the job completes, issue the command specified
493                  though system(3).
494
495 ioscheduler=str Attempt to switch the device hosting the file to the specified
496                 io scheduler before running.
497
498 cpuload=int     If the job is a CPU cycle eater, attempt to use the specified
499                 percentage of CPU cycles.
500
501 cpuchunks=int   If the job is a CPU cycle eater, split the load into
502                 cycles of the given time. In milliseconds.
503
504
505 6.0 Interpreting the output
506 ---------------------------
507
508 fio spits out a lot of output. While running, fio will display the
509 status of the jobs created. An example of that would be:
510
511 Threads: 1: [_r] [24.8% done] [ 13509/  8334 kb/s] [eta 00h:01m:31s]
512
513 The characters inside the square brackets denote the current status of
514 each thread. The possible values (in typical life cycle order) are:
515
516 Idle    Run
517 ----    ---
518 P               Thread setup, but not started.
519 C               Thread created.
520 I               Thread initialized, waiting.
521         R       Running, doing sequential reads.
522         r       Running, doing random reads.
523         W       Running, doing sequential writes.
524         w       Running, doing random writes.
525         M       Running, doing mixed sequential reads/writes.
526         m       Running, doing mixed random reads/writes.
527         F       Running, currently waiting for fsync()
528 V               Running, doing verification of written data.
529 E               Thread exited, not reaped by main thread yet.
530 _               Thread reaped.
531
532 The other values are fairly self explanatory - number of threads
533 currently running and doing io, rate of io since last check, and the estimated
534 completion percentage and time for the running group. It's impossible to
535 estimate runtime of the following groups (if any).
536
537 When fio is done (or interrupted by ctrl-c), it will show the data for
538 each thread, group of threads, and disks in that order. For each data
539 direction, the output looks like:
540
541 Client1 (g=0): err= 0:
542   write: io=    32MiB, bw=   666KiB/s, runt= 50320msec
543     slat (msec): min=    0, max=  136, avg= 0.03, stdev= 1.92
544     clat (msec): min=    0, max=  631, avg=48.50, stdev=86.82
545     bw (KiB/s) : min=    0, max= 1196, per=51.00%, avg=664.02, stdev=681.68
546   cpu        : usr=1.49%, sys=0.25%, ctx=7969
547   IO depths    : 1=0.1%, 2=0.3%, 4=0.5%, 8=99.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, >32=0.0%
548
549 The client number is printed, along with the group id and error of that
550 thread. Below is the io statistics, here for writes. In the order listed,
551 they denote:
552
553 io=             Number of megabytes io performed
554 bw=             Average bandwidth rate
555 runt=           The runtime of that thread
556         slat=   Submission latency (avg being the average, dev being the
557                 standard deviation). This is the time it took to submit
558                 the io. For sync io, the slat is really the completion
559                 latency, since queue/complete is one operation there.
560         clat=   Completion latency. Same names as slat, this denotes the
561                 time from submission to completion of the io pieces. For
562                 sync io, clat will usually be equal (or very close) to 0,
563                 as the time from submit to complete is basically just
564                 CPU time (io has already been done, see slat explanation).
565         bw=     Bandwidth. Same names as the xlat stats, but also includes
566                 an approximate percentage of total aggregate bandwidth
567                 this thread received in this group. This last value is
568                 only really useful if the threads in this group are on the
569                 same disk, since they are then competing for disk access.
570 cpu=            CPU usage. User and system time, along with the number
571                 of context switches this thread went through.
572 IO depths=      The distribution of io depths over the job life time. The
573                 numbers are divided into powers of 2, so for example the
574                 16= entries includes depths up to that value but higher
575                 than the previous entry. In other words, it covers the
576                 range from 16 to 31.
577
578 After each client has been listed, the group statistics are printed. They
579 will look like this:
580
581 Run status group 0 (all jobs):
582    READ: io=64MiB, aggrb=22178, minb=11355, maxb=11814, mint=2840msec, maxt=2955msec
583   WRITE: io=64MiB, aggrb=1302, minb=666, maxb=669, mint=50093msec, maxt=50320msec
584
585 For each data direction, it prints:
586
587 io=             Number of megabytes io performed.
588 aggrb=          Aggregate bandwidth of threads in this group.
589 minb=           The minimum average bandwidth a thread saw.
590 maxb=           The maximum average bandwidth a thread saw.
591 mint=           The smallest runtime of the threads in that group.
592 maxt=           The longest runtime of the threads in that group.
593
594 And finally, the disk statistics are printed. They will look like this:
595
596 Disk stats (read/write):
597   sda: ios=16398/16511, merge=30/162, ticks=6853/819634, in_queue=826487, util=100.00%
598
599 Each value is printed for both reads and writes, with reads first. The
600 numbers denote:
601
602 ios=            Number of ios performed by all groups.
603 merge=          Number of merges io the io scheduler.
604 ticks=          Number of ticks we kept the disk busy.
605 io_queue=       Total time spent in the disk queue.
606 util=           The disk utilization. A value of 100% means we kept the disk
607                 busy constantly, 50% would be a disk idling half of the time.
608
609
610 7.0 Terse output
611 ----------------
612
613 For scripted usage where you typically want to generate tables or graphs
614 of the results, fio can output the results in a comma separated format.
615 The format is one long line of values, such as:
616
617 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
618
619 Split up, the format is as follows:
620
621         jobname, groupid, error
622         READ status:
623                 KiB IO, bandwidth (KiB/sec), runtime (msec)
624                 Submission latency: min, max, mean, deviation
625                 Completion latency: min, max, mean, deviation
626                 Bw: min, max, aggregate percentage of total, mean, deviation
627         WRITE status:
628                 KiB IO, bandwidth (KiB/sec), runtime (msec)
629                 Submission latency: min, max, mean, deviation
630                 Completion latency: min, max, mean, deviation
631                 Bw: min, max, aggregate percentage of total, mean, deviation
632         CPU usage: user, system, context switches
633