本系列文章会深入研究 Ceph 以及 Ceph 和 OpenStack 的集成:
(1)安装和部署
(3)Ceph 物理和逻辑结构
(4)Ceph 的基础数据结构
(6)QEMU-KVM 和 Ceph RBD 的 缓存机制总结
(8)基本的性能测试工具和方法
继续学以致用,学习下基本的Ceph性能测试工具和方法。
0. 测试环境
同 Ceph 的基本操作和常见故障排除方法 一文中的测试环境。
1. 测试准备
1.1 磁盘读写性能
1.1.1 单个 OSD 磁盘写性能,大概 165MB/s。
root@ceph1:~# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches root@ceph1:~# dd if=/dev/zero of=/var/lib/ceph/osd/ceph-0/deleteme bs=1G count=1 oflag=direct
测试发现,其结果变化非常大,有时候上 75,有时是150.
1.1.2 两个OSD同时写性能,大概 18 MB/s。怎么差距那么大呢?几乎是单个磁盘的 1/10 了。
root@ceph1:~# for i in `mount | grep osd | awk '{print $3}'`; do (dd if=/dev/zero of=$i/deleteme bs=1G count=1 oflag=direct &) ; done
1.1.4 单个 OSD 磁盘读性能,大概 460 MB/s。
root@ceph1:~# dd if=/var/lib/ceph/osd/ceph-0/deleteme of=/dev/null bs=2G count=1 iflag=direct
1.1.5 两个 OSD 同时读性能,大概 130 MB/s。
for i in `mount | grep osd | awk '{print $3}'`; do (dd if=$i/deleteme of=/dev/null bs=1G count=1 iflag=direct &); done
1.2 网络性能
在 ceph1上运行 iperf -s -p 6900,在 ceph2 上运行 iperf -c ceph1 -p 6900,反复多次,两节点之间的带宽大约在 1 Gbits/sec = 128 MB/s。
root@ceph2:~# iperf -c ceph1 -p 6900 ------------------------------------------------------------ Client connecting to ceph1, TCP port 6900 TCP window size: 85.0 KByte (default) ------------------------------------------------------------ [ 3] local 192.168.56.103 port 41773 connected with 192.168.56.102 port 6900 [ ID] Interval Transfer Bandwidth [ 3] 0.0-10.0 sec 1.25 GBytes 1.08 Gbits/sec
2. Ceph 性能测试
2.1 RADOS 性能测试:使用 Ceph 自带的 rados bench 工具
该工具的语法为:rados bench -p <pool_name> <seconds> <write|seq|rand> -b <block size> -t --no-cleanup
- pool_name:测试所针对的存储池
- seconds:测试所持续的秒数
- <write|seq|rand>:操作模式,write:写,seq:顺序读;rand:随机读
- -b:block size,即块大小,默认为 4M
- -t:读/写并行数,默认为 16
- --no-cleanup 表示测试完成后不删除测试用数据。在做读测试之前,需要使用该参数来运行一遍写测试来产生测试数据,在全部测试结束后可以运行 rados -p <pool_name> cleanup 来清理所有测试数据。
写:
root@ceph1:~# rados bench -p rbd 10 write --no-cleanup Maintaining 16 concurrent writes of 4194304 bytes for up to 10 seconds or 0 objects Object prefix: benchmark_data_ceph1_12884 sec Cur ops started finished avg MB/s cur MB/s last lat avg lat 0 0 0 0 0 0 - 0 1 16 16 0 0 0 - 0 ... 12 15 75 60 19.9671 4 3.05943 2.46556 Total time run: 12.135344 Total writes made: 75 Write size: 4194304 Bandwidth (MB/sec): 24.721 Stddev Bandwidth: 13.5647 Max bandwidth (MB/sec): 36 Min bandwidth (MB/sec): 0 Average Latency: 2.57614 Stddev Latency: 0.781915 Max latency: 4.50816 Min latency: 1.04075
顺序读:
root@ceph1:~# rados bench -p rbd 10 seq sec Cur ops started finished avg MB/s cur MB/s last lat avg lat 0 16 16 0 0 0 - 0 Total time run: 0.601027 Total reads made: 75 Read size: 4194304 Bandwidth (MB/sec): 499.146 Average Latency: 0.123632 Max latency: 0.209325 Min latency: 0.030446
随机读:
root@ceph1:~# rados bench -p rbd 10 rand sec Cur ops started finished avg MB/s cur MB/s last lat avg lat 0 3 3 0 0 0 - 0 1 16 138 122 477.298 488 0.01702 0.116519 ... 10 16 1242 1226 488.681 448 0.108589 0.129214 Total time run: 10.092985 Total reads made: 1242 Read size: 4194304 Bandwidth (MB/sec): 492.223 Average Latency: 0.129631 Max latency: 0.297213 Min latency: 0.007133
2.2 RADOS 性能测试:使用 rados load-gen 工具
该工具的语法为:
# rados -p rbd load-gen
--num-objects 初始生成测试用的对象数,默认 200
--min-object-size 测试对象的最小大小,默认 1KB,单位byte
--max-object-size 测试对象的最大大小,默认 5GB,单位byte
--min-op-len 压测IO的最小大小,默认 1KB,单位byte
--max-op-len 压测IO的最大大小,默认 2MB,单位byte
--max-ops 一次提交的最大IO数,相当于iodepth
--target-throughput 一次提交IO的历史累计吞吐量上限,默认 5MB/s,单位B/s
--max-backlog 一次提交IO的吞吐量上限,默认10MB/s,单位B/s
--read-percent 读写混合中读的比例,默认80,范围[0, 100]
--run-length 运行的时间,默认60s,单位秒
在 ceph1上运行 rados -p pool100 load-gen --read-percent 0 --min-object-size 1073741824 --max-object-size 1073741824 --max-ops 1 --read-percent 0 --min-op-len 4194304 --max-op-len 4194304 --target-throughput 1073741824 --max_backlog 1073741824 的结果为:
WRITE : oid=obj-y0UPAZyRQNhnabq off=929764660 len=4194304
op 19 completed, throughput=16MB/sec
WRITE : oid=obj-nPcOZAc4ebBcnyN off=143211384 len=4194304
op 20 completed, throughput=20MB/sec
WRITE : oid=obj-sWGUAzzASPjCcwF off=343875215 len=4194304
op 21 completed, throughput=24MB/sec
WRITE : oid=obj-79r25fxxSMgVm11 off=383617425 len=4194304
op 22 completed, throughput=28MB/sec
该命令的含义是:在 1G 的对象上,以 iodepth = 1 顺序写入 block size 为 4M 的总量为 1G 的数据。其平均结果大概在 24MB/s,基本和 rados bench 的结果相当。
在 client 上,同样的配置,顺序写的BW大概在 20MB/s,顺序读的 BW 大概在 100 MB/s。
可见,与 rados bench 相比,rados load-gen 的特点是可以产生混合类型的测试负载,而 rados bench 只能产生一种类型的负载。但是 load-gen 只能输出吞吐量,只合适做类似于 4M 这样的大block size 数据测试,输出还不包括延迟。
2.3 使用 rbd bench-write 进行块设备写性能测试
2.3.1 客户端准备
在执行如下命令来准备 Ceph 客户端:
root@client:/var# rbd create bd2 --size 1024 root@client:/var# rbd info --image bd2 rbd image 'bd2': size 1024 MB in 256 objects order 22 (4096 kB objects) block_name_prefix: rb.0.3841.74b0dc51 format: 1 root@client:/var# rbd map bd2 root@client:/var# rbd showmapped id pool image snap device 1 pool1 bd1 - /dev/rbd1 2 rbd bd2 - /dev/rbd2 root@client:/var# mkfs.xfs /dev/rbd2 log stripe unit (4194304 bytes) is too large (maximum is 256KiB) log stripe unit adjusted to 32KiB meta-data=/dev/rbd2 isize=256 agcount=9, agsize=31744 blks = sectsz=512 attr=2, projid32bit=0 data = bsize=4096 blocks=262144, imaxpct=25 = sunit=1024 swidth=1024 blks naming =version 2 bsize=4096 ascii-ci=0 log =internal log bsize=4096 blocks=2560, version=2 = sectsz=512 sunit=8 blks, lazy-count=1 realtime =none extsz=4096 blocks=0, rtextents=0 root@client:/var# mkdir -p /mnt/ceph-bd2 root@client:/var# mount /dev/rbd2 /mnt/ceph-bd2/ root@client:/var# df -h /mnt/ceph-bd2/ Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on /dev/rbd2 1014M 33M 982M 4% /mnt/ceph-bd2
2.3.2 测试
rbd bench-write 的语法为:rbd bench-write <RBD image name>,可以带如下参数:
- --io-size:单位 byte,默认 4096 bytes = 4K
- --io-threads:线程数,默认 16
- --io-total:总写入字节,单位为字节,默认 1024M
- --io-pattern <seq|rand>:写模式,默认为 seq 即顺序写
分别在集群 OSD 节点上和客户端上做测试:
(1)在 OSD 节点上做测试
root@ceph1:~# rbd bench-write bd2 --io-total 171997300 bench-write io_size 4096 io_threads 16 bytes 171997300 pattern seq SEC OPS OPS/SEC BYTES/SEC 1 280 273.19 2237969.65 2 574 286.84 2349818.65 ... 71 20456 288.00 2358395.28 72 20763 288.29 2360852.64 elapsed: 72 ops: 21011 ops/sec: 288.75 bytes/sec: 2363740.27
此时,块大小为 4k,IOPS 为 289,BW 为 2.36 MB/s (怎么 BW 是 block_size * IOPS 的两倍呢?)。
(2)在客户端上做测试
root@client:/home/s1# rbd bench-write pool.host/image.ph2 --io-total 1719973000 --io-size 4096000 bench-write io_size 4096000 io_threads 16 bytes 1719973000 pattern seq SEC OPS OPS/SEC BYTES/SEC 1 5 3.41 27937685.86 2 19 9.04 68193147.96 3 28 8.34 62237889.75 5 36 6.29 46538807.31 ... 39 232 5.86 40792216.64 40 235 5.85 40666942.19 elapsed: 41 ops: 253 ops/sec: 6.06 bytes/sec: 41238190.87
此时 block size 为 4M,IOPS 为 6, BW 为 41.24 MB/s。
root@client:/home/s1# rbd bench-write pool.host/image.ph2 --io-total 1719973000 bench-write io_size 4096 io_threads 16 bytes 1719973000 pattern seq SEC OPS OPS/SEC BYTES/SEC 1 331 329.52 2585220.17 2 660 329.57 2521925.67 3 1004 333.17 2426190.82 4 1331 332.26 2392607.58 5 1646 328.68 2322829.13 6 1986 330.88 2316098.66
此时 block size 为 4K,IOPS 为 330 左右, BW 为 24 MB/s 左右。
备注:从 rbd bench-write vs dd performance confusion 中看起来,rados bench-write 似乎有bug。我所使用的Ceph 是0.80.11 版本,可能补丁还没有合进来。
2.4 使用 fio +rbd ioengine
2.4.1 环境准备
运行 apt-get install fio 来安装 fio 工具。创建 fio 配置文件:
root@client:/home/s1# cat write.fio [write-4M] description="write test with block size of 4M" ioengine=rbd clientname=admin pool=rbd rbdname=bd2 iodepth=32 runtime=120 rw=write #write 表示顺序写,randwrite 表示随机写,read 表示顺序读,randread 表示随机读 bs=4M
运行 fio 命令,但是出错:
root@client:/home/s1# fio write.fio fio: engine rbd not loadable fio: failed to load engine rbd Bad option <clientname=admin> Bad option <pool=rbd> Bad option <rbdname=bd2> fio: job write-4M dropped fio: file:ioengines.c:99, func=dlopen, error=rbd: cannot open shared object file: No such file or directory
其原因是因为没有安装 fio librbd IO 引擎,因此当前 fio 无法支持 rbd ioengine:
root@client:/home/s1# fio --enghelp Available IO engines: cpuio mmap sync psync vsync pvsync null net netsplice libaio rdma posixaio falloc e4defrag splice sg binject
在运行 apt-get install librbd-dev 命令安装 librbd 后,fio 还是报同样的错误。参考网上资料,下载 fio 代码重新编译 fio:
$ git clone git://git.kernel.dk/fio.git $ cd fio $ ./configure [...] Rados Block Device engine yes [...] $ make
此时 fio 的 ioengine 列表中也有 rbd 了。fio 使用 rbd IO 引擎后,它会读取 ceph.conf 中的配置去连接 Ceph 集群。
下面是 fio 命令和结果:
root@client:/home/s1/fio# ./fio ../write.fio write-4M: (g=0): rw=write, bs=4M-4M/4M-4M/4M-4M, ioengine=rbd, iodepth=32 fio-2.11-12-g82e6 Starting 1 process rbd engine: RBD version: 0.1.8 Jobs: 1 (f=1): [W(1)] [100.0% done] [0KB/128.0MB/0KB /s] [0/32/0 iops] [eta 00m:00s] write-4M: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=19190: Sat Jun 4 22:30:00 2016 Description : ["write test with block size of 4M"] write: io=1024.0MB, bw=17397KB/s, iops=4, runt= 60275msec slat (usec): min=129, max=54100, avg=1489.10, stdev=4907.83 clat (msec): min=969, max=15690, avg=7399.86, stdev=1328.55 lat (msec): min=969, max=15696, avg=7401.35, stdev=1328.67 clat percentiles (msec): | 1.00th=[ 971], 5.00th=[ 6325], 10.00th=[ 6325], 20.00th=[ 6521], | 30.00th=[ 6718], 40.00th=[ 7439], 50.00th=[ 7439], 60.00th=[ 7635], | 70.00th=[ 7832], 80.00th=[ 8291], 90.00th=[ 8356], 95.00th=[ 8356], | 99.00th=[14615], 99.50th=[15664], 99.90th=[15664], 99.95th=[15664], | 99.99th=[15664] bw (KB /s): min=245760, max=262669, per=100.00%, avg=259334.50, stdev=6250.72 lat (msec) : 1000=1.17%, >=2000=98.83% cpu : usr=0.24%, sys=0.03%, ctx=50, majf=0, minf=8 IO depths : 1=2.3%, 2=5.5%, 4=12.5%, 8=25.0%, 16=50.4%, 32=4.3%, >=64=0.0% submit : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0% complete : 0=0.0%, 4=97.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=3.0%, 64=0.0%, >=64=0.0% issued : total=r=0/w=256/d=0, short=r=0/w=0/d=0, drop=r=0/w=0/d=0 latency : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=32 Run status group 0 (all jobs): WRITE: io=1024.0MB, aggrb=17396KB/s, minb=17396KB/s, maxb=17396KB/s, mint=60275msec, maxt=60275msec Disk stats (read/write): sda: ios=0/162, merge=0/123, ticks=0/19472, in_queue=19472, util=6.18%
如果 iodepth = 1 的话,结果是:
root@client:/home/s1# fio/fio write.fio.dep1 write-4M: (g=0): rw=write, bs=4M-4M/4M-4M/4M-4M, ioengine=rbd, iodepth=1 fio-2.11-12-g82e6 Starting 1 process rbd engine: RBD version: 0.1.8 Jobs: 1 (f=1): [W(1)] [100.0% done] [0KB/8192KB/0KB /s] [0/2/0 iops] [eta 00m:00s] write-4M: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=19250: Sat Jun 4 22:33:11 2016 Description : ["write test with block size of 4M"] write: io=1024.0MB, bw=20640KB/s, iops=5, runt= 50802msec
2.5 使用 fio + libaio 进行测试
libaio 是 Linux native asynchronous I/O。
几种测试模式:
- 随机写:fio/fio -filename=/mnt/ceph-rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=libaio -bs=4M -size=1G -numjobs=1 -runtime=120 -group_reporting -name=read-libaio
这些参数的含义是:
-
- filename:表示待测试的设备名称。
- iodepth: libaio 会用这个 iodepth 值来调用 io_setup 准备个可以一次提交 iodepth 个 IO 的上下文,同时申请个io请求队列用于保持IO。
- iodepth_batch:在压测进行的时候,系统会生成特定的IO请求,往io请求队列里面扔,当队列里面的IO个数达到 iodepth_batch 值的时候,
- iodepth_batch_complete 和 iodepth_low: 调用 io_submit 批次提交请求,然后开始调用 io_getevents 开始收割已经完成的IO。 每次收割多少呢?由于收割的时候,超时时间设置为0,所以有多少已完成就算多少,最多可以收割 iodepth_batch_complete 值个。随着收割,IO队列里面的IO数就少了,那么需要补充新的IO。 什么时候补充呢?当IO数目降到 iodepth_low 值的时候,就重新填充,保证 OS 可以看到至少 iodepth_low 数目的io在电梯口排队着。
-
root@client:/home/s1# fio/fio -filename=/mnt/ceph-rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=libaio -bs=4M -size=1G -numjobs=1 -runtime=120 -group_reporting -name=read-libaio read-libaio: (g=0): rw=randwrite, bs=4M-4M/4M-4M/4M-4M, ioengine=libaio, iodepth=1 fio-2.11-12-g82e6 Starting 1 thread Jobs: 1 (f=1): [w(1)] [100.0% done] [0KB/94302KB/0KB /s] [0/23/0 iops] [eta 00m:00s] read-libaio: (groupid=0, jobs=1): err= 0: pid=20256: Sun Jun 5 10:00:55 2016 write: io=1024.0MB, bw=102510KB/s, iops=25, runt= 10229msec slat (usec): min=342, max=5202, avg=1768.90, stdev=1176.00 clat (usec): min=332, max=165391, avg=38165.11, stdev=27987.64 lat (msec): min=3, max=167, avg=39.94, stdev=28.00 clat percentiles (msec): | 1.00th=[ 8], 5.00th=[ 18], 10.00th=[ 19], 20.00th=[ 20], | 30.00th=[ 22], 40.00th=[ 25], 50.00th=[ 29], 60.00th=[ 31], | 70.00th=[ 36], 80.00th=[ 47], 90.00th=[ 83], 95.00th=[ 105], | 99.00th=[ 123], 99.50th=[ 131], 99.90th=[ 165], 99.95th=[ 165], | 99.99th=[ 165] bw (KB /s): min=32702, max=172032, per=97.55%, avg=99999.10, stdev=36075.23 lat (usec) : 500=0.39% lat (msec) : 4=0.39%, 10=0.39%, 20=21.48%, 50=57.81%, 100=14.45% lat (msec) : 250=5.08% cpu : usr=0.62%, sys=3.65%, ctx=316, majf=0, minf=9 IO depths : 1=100.0%, 2=0.0%, 4=0.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, >=64=0.0% submit : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0% complete : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0% issued : total=r=0/w=256/d=0, short=r=0/w=0/d=0, drop=r=0/w=0/d=0 latency : target=0, window=0, percentile=100.00%, depth=1 Run status group 0 (all jobs): WRITE: io=1024.0MB, aggrb=102510KB/s, minb=102510KB/s, maxb=102510KB/s, mint=10229msec, maxt=10229msec Disk stats (read/write): sda: ios=0/1927, merge=0/1, ticks=0/30276, in_queue=30420, util=98.71%
- 随机读:fio/fio -filename=/mnt/ceph-rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randread -ioengine=libaio -bs=4M -size=1G -numjobs=1 -runtime=120 -group_reporting -name=read-libaio
- 顺序写:fio/fio -filename=/mnt/ceph-rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=write -ioengine=libaio -bs=4M -size=1G -numjobs=1 -runtime=120 -group_reporting -name=read-libaio
- 随机写:fio/fio -filename=/mnt/ceph-rbd2 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=libaio -bs=4M -size=1G -numjobs=1 -runtime=120 -group_reporting -name=read-libaio
3. 总结
3.1 测试工具小结
工具 | 用途 | 语法 | 说明 |
dd | 磁盘读写性能测试 | dd if=/dev/zero of=/root/testfile bs=1G count=1 oflag=direct/dsync/sync | https://www.thomas-krenn.com/en/wiki/Linux_I/O_Performance_Tests_using_dd |
iperf | 网络带宽性能测试 | https://iperf.fr/ | |
rados bench | RADOS 性能测试工具 | rados bench -p <pool_name> <seconds> <write|seq|rand> -b <block size> -t --no-cleanup |
|
rados load-gen | RADOS 性能测试工具 | # rados -p rbd load-gen
--num-objects #产生的对象数目
--min-object-size #最小对象大小
--max-object-size #最大对象大小
--max-ops #最大操作数目
--min-op-len #最小操作长度 --max-op-len #最大操作长度 --read-percent #读操作的百分比 --target-throughput #目标吞吐量,单位 MB --run-length #运行时长,单位秒 |
|
rbd bench-write | ceph 自带的 rbd 性能测试工具 | rbd bench-write <RBD image name>
|
|
fio + rbd ioengine | fio 结合 rbd IO 引擎的性能测试工具 | 参考 fio --help |
|
fio + libaio | fio 结合 linux aio 的 rbd 性能测试 |
3.2 测试结果比较
- 所使用的命令:
- rbd bench-write pool.host/image.ph2 --io-total 1719973000 --io-size 4096000 --io-threads 1 --io-pattern rand/seq
- rados -p pool.host bench 20 write -t 1 --no-cleanup
- rados -p pool100 load-gen --read-percent 0 --min-object-size 1073741824 --max-object-size 1073741824 --max-ops 1 --read-percent 0/100 --min-op-len 4194304 --max-op-len 4194304 --target-throughput 1073741824 --max_backlog 1073741824
- ceph tell osd.0 bench
- fio/fio -filename=/dev/rbd4 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=write/read/randwrite/randread -ioengine=libaio -bs=4M -size=1G -numjobs=1 -runtime=120 -group_reporting -name=read-libaio
- 结果(仅在作者的测试环境的客户端节点上运行以上命令的输出):
操作 | dd 一个 OSD | dd 两个 OSD | rados load-gen | rados bench | rbd bench-write | ceph tell osd.0 bench | fio + rbd | fio + libaio |
顺序写 | 165 | 18 | 18 | 18 | 74 MB/s (IOPS 9) | 40 MB/s |
21 (iops 5) | 18(iops 4) |
随机写 | 67.8 MB/s (IOPS 8) | 19 (iops 4) | 16(iops 4) | |||||
顺序读 | 460 | 130 | 100 | 109 | N/A | 111(iops 27) | 111(iops 27) | |
随机读 | 112 | N/A | 115(iops 28) | 128(iops 31) |
- 简单结论(由于环境、测试方法和数据有限,这些结论不一定正确,有些只是猜测,需要进一步研究,仅供参考):
- rados bench 和在两个 OSD 上同时做 dd 的性能差不多。
- fio + rbd 和 fio + libaio 的结果差不多,相比之下 fio + rbd 还要好一点点。
- fio 顺序写和读的 BW 和两个 OSD 同时写和读的 BW 差不多。
- fio 顺序写的 BW 差不多是 单个 OSD 的 bench 的一半 (因为我的 pool 的 size 为 2)。
- rados load-gen,rodos bench 和 fio rbd/libaio 的结果都差不多,可见都可以信任,只是每一种都有其特长,选择合适你的测试应用场景的某个即可。
- rdb bench-write 的值明显偏高,原因未知,也许存在 bug,详情可参考 rbd bench-write vs dd performance confusion,选择时需慎重。
3.3 影响Ceph集群性能的因素
注意:作者会保持对本文不断更新。
参考链接:
- http://tracker.ceph.com/projects/ceph/wiki/Benchmark_Ceph_Cluster_Performance
- Ceph Performance Analysis: fio and RBD
- http://www.quts.me/page2/
- http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/Vault-2015.pdf
- http://www.mellanox.com/blog/2016/02/making-ceph-faster-lessons-from-performance-testing/