【工具】stress-ng 压力测试环境模拟及分析

背景

在上一篇文章cpulimit设计理念及其思考中，使用到了stress工具模拟系统CPU使用率比较高的场景，并验证cpulimit工具的效果。之前在学习性能优化章节时，还是比较熟悉的。由于太久没接触，又不太熟悉了。好记性不如烂笔头，本篇文章用于记录stress常见的几种模拟场景，方便以后查阅。

介绍

stress 是一个linux的压力测试工具，专门用于对设备的CPU、IO、内存、负载、磁盘等进行压测。另一个版本是其升级版本stress-ng。在模拟io_wait性能场景时，stress一直表现不好，本文以stress-ng为例，进行介绍。

安装

模拟环境可能是我们的虚拟机或目标宿主机。若是虚拟机，我们可以根据系统自带的软件包下载地址进行安装。比如我的环境时ubuntu,执行命令:

sudo apt install stress-ng

若是虚拟机，则需要下载源码，交叉编译。下载地址：

git clone https://github.com/ColinIanKing/stress-ng.git

交叉编译，一般source交叉编译的环境变量即可。或参考文章工作中如何编译开源工具（gdb）。

模拟测试

本文通过stress-ng模拟2个性能场景：CPU密集型进程、I/O密集型进程。以及分析思路。

CPU 密集型进程

压测命令:stress-ng --cpu 4 --timeout 600。其中，--timeout 600表示运行时长。

分析：通过mpstat -P ALL 5 1命令查看CPU使用情况。可知系统的CPU使用率已经被占满。如下：

yihua@ubuntu:~$ mpstat -P ALL  1
Linux 4.15.0-213-generic (ubuntu)       12/20/2023      _x86_64_        (4 CPU)

07:46:38 PM  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
07:46:39 PM  all   99.75    0.00    0.25    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
07:46:39 PM    0  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
07:46:39 PM    1   99.01    0.00    0.99    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
07:46:39 PM    2  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
07:46:39 PM    3  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00

07:46:39 PM  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
07:46:40 PM  all  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
07:46:40 PM    0  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
07:46:40 PM    1  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
07:46:40 PM    2  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
07:46:40 PM    3  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00

07:46:40 PM  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
07:46:41 PM  all   99.75    0.00    0.25    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
07:46:41 PM    0  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
07:46:41 PM    1   99.00    0.00    1.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
07:46:41 PM    2  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
07:46:41 PM    3  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00

定位：通过pidstat -u 5查看各进程占用CPU使用率的情况。可知，主要是被stress-ng进程占用。如下

yihua@ubuntu:~$ pidstat -u 1
Linux 4.15.0-213-generic (ubuntu)       12/20/2023      _x86_64_        (4 CPU)

07:49:18 PM   UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
07:49:19 PM     0       956    0.97    0.00    0.00    0.00    0.97     1  containerd
07:49:19 PM  1000      2844  100.00    0.00    0.00    0.00  100.00     0  stress-ng-cpu
07:49:19 PM  1000      2845   99.03    0.00    0.00    5.83   99.03     2  stress-ng-cpu
07:49:19 PM  1000      2846  100.00    0.97    0.00    0.00  100.00     1  stress-ng-cpu
07:49:19 PM  1000      2847  100.00    0.00    0.00    0.00  100.00     3  stress-ng-cpu
07:49:19 PM  1000      2888    0.00    5.83    0.00    3.88    5.83     1  pidstat

07:49:19 PM   UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
07:49:20 PM  1000      2094    0.00    1.00    0.00    0.00    1.00     2  sshd
07:49:20 PM  1000      2844   94.00    0.00    0.00    0.00   94.00     0  stress-ng-cpu
07:49:20 PM  1000      2845   93.00    0.00    0.00    0.00   93.00     2  stress-ng-cpu
07:49:20 PM  1000      2846   91.00    1.00    0.00    1.00   92.00     1  stress-ng-cpu
07:49:20 PM  1000      2847   93.00    0.00    0.00    0.00   93.00     3  stress-ng-cpu
07:49:20 PM  1000      2888    0.00    1.00    0.00    0.00    1.00     1  pidstat

07:49:20 PM   UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
07:49:21 PM  1000      2844   99.00    0.00    0.00    0.00   99.00     0  stress-ng-cpu
07:49:21 PM  1000      2845   99.00    0.00    0.00    0.00   99.00     2  stress-ng-cpu
07:49:21 PM  1000      2846   99.00    0.00    0.00    1.00   99.00     1  stress-ng-cpu
07:49:21 PM  1000      2847   99.00    0.00    0.00    0.00   99.00     3  stress-ng-cpu
07:49:21 PM  1000      2888    1.00    0.00    0.00    0.00    1.00     1  pidstat

总结：通过mpstat和pidstat工具，可以快速定位到是因为stress-ng引起的CPU性能问题。

I/O密集型进程

压测命令： stress-ng -d 4 --timeout 600。其中-d 4,表示启动4个进程对磁盘进行write操作。

分析：通过mpstat -P ALL 1命令查看I/O使用情况，可知CPU的消耗主要集中在等待I/O上。如下：

yihua@ubuntu:~$ mpstat -P ALL 1
Linux 4.15.0-213-generic (ubuntu)       12/20/2023      _x86_64_        (4 CPU)

09:56:15 PM  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
09:56:16 PM  all    0.00    0.00    0.77   83.63    0.00    0.51    0.00    0.00    0.00   15.09
09:56:16 PM    0    0.00    0.00    1.03   97.94    0.00    1.03    0.00    0.00    0.00    0.00
09:56:16 PM    1    0.00    0.00    0.98   96.08    0.00    0.98    0.00    0.00    0.00    1.96
09:56:16 PM    2    0.00    0.00    0.00   40.21    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   59.79
09:56:16 PM    3    0.00    0.00    0.00   98.97    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    1.03

09:56:16 PM  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
09:56:17 PM  all    0.00    0.00    0.51   97.22    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    2.27
09:56:17 PM    0    0.00    0.00    1.02   98.98    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
09:56:17 PM    1    0.00    0.00    1.01   98.99    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
09:56:17 PM    2    0.00    0.00    0.00  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
09:56:17 PM    3    0.00    0.00    0.00   90.00    0.00    1.00    0.00    0.00    0.00    9.00

09:56:17 PM  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
09:56:18 PM  all    0.00    0.00    1.01   95.96    0.00    0.51    0.00    0.00    0.00    2.53
09:56:18 PM    0    0.00    0.00    2.06   97.94    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
09:56:18 PM    1    0.00    0.00    1.00   92.00    0.00    1.00    0.00    0.00    0.00    6.00
09:56:18 PM    2    0.00    0.00    0.00   99.00    0.00    1.00    0.00    0.00    0.00    0.00
09:56:18 PM    3    0.00    0.00    0.00   95.92    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    4.08

定位：通过pidstat -d 1命令可以查看各个进程读写状态，如下：

yihua@ubuntu:~/data_gather$ pidstat -d 1
Linux 4.15.0-213-generic (ubuntu)       12/20/2023      _x86_64_        (4 CPU)

10:01:32 PM   UID       PID   kB_rd/s   kB_wr/s kB_ccwr/s iodelay  Command
10:01:33 PM     0       314     -1.00     -1.00     -1.00     124  jbd2/sda1-8
10:01:33 PM     0      3343     -1.00     -1.00     -1.00      72  kworker/u256:1
10:01:33 PM  1000      3429      0.00  27597.30      0.00     106  stress-ng-hdd
10:01:33 PM  1000      3430      0.00      0.00      0.00      72  stress-ng-hdd
10:01:33 PM  1000      3431      0.00      0.00      0.00      84  stress-ng-hdd
10:01:33 PM  1000      3432      0.00   9764.86      0.00      34  stress-ng-hdd

10:01:33 PM   UID       PID   kB_rd/s   kB_wr/s kB_ccwr/s iodelay  Command
10:01:34 PM     0       314     -1.00     -1.00     -1.00      57  jbd2/sda1-8
10:01:34 PM     0      3343     -1.00     -1.00     -1.00      78  kworker/u256:1
10:01:34 PM  1000      3429      0.00  50132.00      0.00      98  stress-ng-hdd
10:01:34 PM  1000      3430      0.00      0.00      0.00     100  stress-ng-hdd
10:01:34 PM  1000      3431      0.00      0.00      0.00      78  stress-ng-hdd
10:01:34 PM  1000      3432      0.00      0.00      0.00      94  stress-ng-hdd

总结

stress-ng工具，在性能测试，或压力测试场景，是一个很实用的工具。希望大家能够掌握基本用法。
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我的宗旨：
踩完您工作中的所有坑并分享给您，让你的工作无bug，人生尽是坦途。