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对磁盘进行基准检验

  • 项目

适用于：✔️ Linux VM ✔️ Windows VM ✔️ 灵活规模集 ✔️ 统一规模集

基准测试是指模拟应用程序的不同工作负荷，针对每个工作负荷来测量应用程序性能这样一个过程。 通过为实现高性能而设计一文中描述的步骤，你已经收集了应用程序性能要求。 通过在托管应用程序的 VM 上运行基准测试工具，可以确定应用程序在高级 SSD 中能够达到的性能级别。 在本文中，我们提供了如何对预配了 Azure 高级 SSD 的 Standard_D8ds_v4 VM 进行基准测试的示例。

我们使用了常见的基准测试工具 DiskSpd 和 FIO（分别适用于 Windows 和 Linux）。 这些工具会生成多个线程，这些线程模拟类似生产的工作负荷，并测量系统性能。 使用这些工具还可以配置各种参数（例如块大小和队列深度），应用程序的这些参数通常无法更改。 这样，就可以在预配了高级 SSD 的大规模 VM 上，为不同类型的应用程序工作负荷灵活实现最高性能。 若要详细了解每种基准测试工具，请参阅 DiskSpd 和 FIO。

若要按以下示例进行操作，请创建一个 Standard_D8ds_v4 VM，并将四个高级 SSD 附加到该 VM。 在这四个磁盘中，将三个磁盘的主机缓存配置为“无”，并将其条带化到名为 NoCacheWrites 的卷中。 将剩余磁盘上的主机缓存配置为“ReadOnly”，在该磁盘上创建名为 CacheReads 的卷。 使用这种设置，即可发现 Standard_D8ds_v4 VM 展现出最大的读写性能。 有关创建具有高级 SSD 的 Standard_D8ds_v4 VM 的详细步骤，请参阅高性能设计。

预热缓存

启用 ReadOnly 主机缓存的磁盘能够提供比磁盘限制更高的 IOPS。 若要通过主机缓存来实现此最大读取性能，首先必须对此磁盘的缓存进行预热。 这样可确保需要通过基准测试工具在 CacheReads 卷上实现的读取 IO 实际上可以直接命中缓存而不是磁盘。 命中缓存导致单个启用缓存的磁盘可以实现更高的 IOPS。

重要

每次重启 VM 后，必须在运行基准测试之前预热缓存。

DISKSPD

在 VM 上下载 DISKSP 工具。 DISKSPD 是一种可自定义的工具，用于创建你自己的合成工作负载。 我们将使用上面介绍的相同设置来运行基准测试。 你可以更改规范以测试不同的工作负载。

在此示例中，我们使用以下基准参数集：

  • -c200G：创建（或重新创建）测试中使用的示例文件。 可以按字节、KiB、MiB、GiB 或块进行设置。 本例中使用大型的 200 GiB 目标文件来最大程度地减少内存缓存。
  • -w100：指定属于写入请求的操作的百分比（-w0 等效于 100% 读取）。
  • -b4K：表示块大小（以字节、KiB、MiB 或 GiB 为单位）。 本例中使用 4K 块大小来模拟随机 I/O 测试。
  • -F4：共设置四个线程。
  • -r：标识随机 I/O 测试（替代 -s 参数）。
  • -o128：表示每个线程的每个目标的未完成 I/O 请求数。 这也称为队列深度。 本例中使用 128 来对 CPU 施加压力。
  • -W7200：指定测量开始之前的预热时长。
  • -d30：指定测试的持续时间，不包括预热。
  • -Sh：禁用软件和硬件写入缓存（等效于 -Suw）。

如需参数的完整列表，请参阅 GitHub 存储库。

最大写入 IOPS

我们使用 128 的高队列深度，8 KB 的小型块大小，以及 4 个工作线程用于推动写入操作。 写入辅助角色正在推动“NoCacheWrites”卷上的流量，该卷有 3 个磁盘的缓存设置为“无”。

运行以下命令，进行 30 秒的预热和 30 秒的测量：

diskspd -c200G -w100 -b8K -F4 -r -o128 -W30 -d30 -Sh testfile.dat

结果显示 Standard_D8ds_v4 VM 传送的最大写入 IOPS 限制为 12,800。

对于 3208642560 的总字节数，最大总 I/O 次数为 391680 次，总计 101.97 MiB/s，每秒总计 13052.65 次 I/O。

最大读取 IOPS

我们使用 128 的高队列深度，4 KB 的小型块大小，以及 4 个工作线程用于推动读取操作。 读取辅助角色正在推动“CacheReads”卷上的流量，该卷有 1 个磁盘的缓存设置为“ReadOnly”。

运行以下命令，进行两小时的预热和 30 秒的测量：

diskspd -c200G -b4K -F4 -r -o128 -W7200 -d30 -Sh testfile.dat

结果显示 Standard_D8ds_v4 VM 传送的最大读取 IOPS 限制为 77,000。

对于 9652785152 的总字节数，共有 2356637 次 I/O，总计 306.72 MiB/s，每秒总计 78521.23 次 I/O。

最大吞吐量

若要获取最大读取和写入吞吐量，可以更改为更大的块大小 64 KB。

FIO

FIO 是一种常用工具，可以在 Linux VM 上对存储进行基准测试。 它可以灵活地选择不同的 IO 大小、顺序或随机读取和写入。 它生成的工作线程或进程可以执行指定的 I/O 操作。 可以指定每个工作线程使用作业文件时必须执行的 I/O 操作类型。 我们根据以下示例所描述的方案创建了一个作业文件。 可以更改这些作业文件中的规范，以便对在高级存储上运行的不同工作负荷进行基准测试。 在这些示例中，我们使用运行 Ubuntu 的 Standard_D8ds_v4。 运行基准测试之前，请使用基准测试部分开头所述的相同设置并预热缓存。

开始之前，请下载 FIO 并将其安装在虚拟机上。

针对 Ubuntu 运行以下命令：

apt-get install fio

我们在磁盘上使用 4 个工作线程来执行写入操作，4 个工作线程来执行读取操作。 写入工作线程推动“nocache”卷上的流量，该卷有 3 个磁盘的缓存设置为“无”。 读取工作线程推动“readcache”卷上的流量，该卷有 1 个磁盘的缓存设置为“ReadOnly”。

最大写入 IOPS

使用以下规范创建作业文件，以便获得最大写入 IOPS。 将其命名为“fiowrite.ini”。

[global]
size=30g
direct=1
iodepth=256
ioengine=libaio
bs=4k
numjobs=4

[writer1]
rw=randwrite
directory=/mnt/nocache

请注意以下重要事项，这些事项必须符合前面部分讨论的设计准则。 这些规范是实现最大 IOPS 所必需的。

  • 较高的队列深度：256。
  • 较小的块大小：4 KB。
  • 多个执行随机写入的线程。

运行以下命令，开始进行 30 秒的 FIO 测试：

sudo fio --runtime 30 fiowrite.ini

进行测试时，就能够看到 VM 和高级磁盘传送的写入 IOPS 数。 如以下示例所示，Standard_D8ds_v4 VM 传送的最大写入 IOPS 限制为 12,800 IOPS。
VM 和高级 SSD 传送的写入 IOPS 数，显示写入数为 13.1k IOPS。

最大读取 IOPS

使用以下规范创建作业文件，以便获得最大读取 IOPS。 将其命名为“fioread.ini”。

[global]
size=30g
direct=1
iodepth=256
ioengine=libaio
bs=4k
numjobs=4

[reader1]
rw=randread
directory=/mnt/readcache

请注意以下重要事项，这些事项必须符合前面部分讨论的设计准则。 这些规范是实现最大 IOPS 所必需的。

  • 较高的队列深度：256。
  • 较小的块大小：4 KB。
  • 多个执行随机写入的线程。

运行以下命令，开始进行 30 秒的 FIO 测试：

sudo fio --runtime 30 fioread.ini

进行测试时，就能够看到 VM 和高级磁盘传送的读取 IOPS 数。 如以下示例所示，Standard_D8ds_v4 VM 传送了超过 77,000 个读取 IOPS。 这是磁盘和缓存性能的组合。
VM 和高级 SSD 传送的写入 IOPS 的屏幕截图，其中显示的读数为 78.6k。

最大读取和写入 IOPS

使用以下规范创建作业文件，以便获得最大读写组合 IOPS。 将其命名为“fioreadwrite.ini”。

[global]
size=30g
direct=1
iodepth=128
ioengine=libaio
bs=4k
numjobs=4

[reader1]
rw=randread
directory=/mnt/readcache

[writer1]
rw=randwrite
directory=/mnt/nocache
rate_iops=3200

请注意以下重要事项，这些事项必须符合前面部分讨论的设计准则。 这些规范是实现最大 IOPS 所必需的。

  • 较高的队列深度：128。
  • 较小的块大小：4 KB。
  • 多个执行随机读取和写入的线程。

运行以下命令，开始进行 30 秒的 FIO 测试：

sudo fio --runtime 30 fioreadwrite.ini

进行测试时，就能够看到 VM 和高级磁盘传送的组合型读取和写入 IOPS 数。 如以下示例所示，Standard_D8ds_v4 VM 传送了超过 90,000 个读写组合 IOPS。 这是磁盘和缓存性能的组合。
合并的读取和写入 IOPS，显示读取数为 78.3k IOPS，写入数为 12.6k IOPS。

最大组合吞吐量

若要获得最大读写组合吞吐量，请使用较大的块大小和大的队列深度，并通过多个线程执行读取和写入操作。 可以使用 64 KB 的块大小，128 的队列深度。

后续步骤

继续阅读有关针对高性能进行设计的文章。

在该文中，你将为原型创建一个类似于现有应用程序的清单。 使用各种能够用来模拟工作负荷并衡量原型应用程序性能的基准测试工具。 这样做可以确定哪些磁盘产品可以满足或超过你的应用程序性能要求。 然后，就可以将相同的准则实施到生产型应用程序中。