linux stress 命令模拟系统高负载

小灰灰 2021-08-26 14:17 563阅读 0赞

stress 命令主要用来模拟系统负载较高时的场景，本文介绍其基本用法。文中 demo 的演示环境为 ubuntu 18.04。

# 基本语法 #

语法格式：  
**stress <options>**

常用选项：  
**-c, --cpu N**              产生 N 个进程，每个进程都反复不停的计算随机数的平方根  
**-i, --io N**                  产生 N 个进程，每个进程反复调用 sync() 将内存上的内容写到硬盘上  
**-m, --vm N**             产生 N 个进程，每个进程不断分配和释放内存  
    **--vm-bytes B**      指定分配内存的大小  
    **--vm-stride B**     不断的给部分内存赋值，让 COW(Copy On Write)发生  
    **--vm-hang N**      指示每个消耗内存的进程在分配到内存后转入睡眠状态 N 秒，然后释放内存，一直重复执行这个过程  
    **--vm-keep**          一直占用内存，区别于不断的释放和重新分配(默认是不断释放并重新分配内存)  
**-d, --hadd N**           产生 N 个不断执行 write 和 unlink 函数的进程(创建文件，写入内容，删除文件)  
    **--hadd-bytes B**  指定文件大小  
**-t, --timeout N**       在 N 秒后结束程序          
**--backoff N**            等待N微妙后开始运行  
**-q, --quiet**              程序在运行的过程中不输出信息  
**-n, --dry-run**          输出程序会做什么而并不实际执行相关的操作  
**--version**                显示版本号  
**-v, --verbose**          显示详细的信息

# 安装 stress #

Ubuntu 系统默认没有安装 stress，需要通过下面的命令安装：

$ sudo apt install stress
    $ stress --version

![format_png][]

# 消耗 CPU 资源 #

stress 消耗 CPU 资源的方式是通过调用 sqrt 函数计算由 rand 函数产生的随机数的平方根实现的。下面的命令会产生 4 个这样的进程不断的进行计算：

$ stress -c 4

![format_png 1][]

使用 top 命令查看 CPU 的状态如下(CPU 在用户态满负荷运转)：

![format_png 2][]

# 消耗内存资源 #

下面的命令产生两个子进程，每个进程分配 300M 内存：

$ stress --vm 2 --vm-bytes 300M --vm-keep

![format_png 3][]

父进程处于睡眠状态，两个子进程负责资源消耗。

**--vm-keep**  
一直占用内存，区别于不断的释放和重新分配(默认是不断释放并重新分配内存)。  
**--vm-hang N**  
指示每个消耗内存的进程在分配到内存后转入睡眠状态 N 秒，然后释放内存，一直重复执行这个过程。

\--vm-keep 和 --vm-hang 都可以用来模拟只有少量内存的机器，但是指定它们时 CPU 的使用情况是不一样的。

$ stress --vm 2 --vm-bytes 500M --vm-keep

![format_png 4][]

一直在进行默认的 stride 操作，user 非常高(cpu 在用户态忙碌)。

$ stress --vm 2 --vm-bytes 500M --vm-hang 5

![format_png 5][]

上面这两种状态不断切换，但整体上看 CPU 的负载并不高。

**--vm-stride B**  
不断的给部分内存赋值，让 COW(Copy On Write)发生。只要指定了内存相关的选项，这个操作就会执行，只是大小为默认的 4096。赋值内存的比例由参数决定：

for (i = 0; i < bytes; i += stride)
        ptr[i] = 'Z';           /* Ensure that COW happens.  */

bytes 为消耗的总内存大小，stride 为间隔。  
该参数会影响 CPU 状态 us 和 sy：

$ stress --vm 2 --vm-bytes 500M --vm-stride 64

![format_png 6][]

$ stress --vm 2 --vm-bytes 500M --vm-stride 1M

![format_png 7][]

为什么会产生这样的结果？原因是单独的赋值和对比操作可以让 CPU 在用户态的负载占到 99% 以上。--vm-stride 值增大就意味着减少赋值和对比操作，这样就增加了内存的释放和分配次数(cpu在内核空间的负载)。  
不指定 --vm-stride 选项就使用默认值是 4096，CPU 负载情况居于前两者之间：

$ stress --vm 2 --vm-bytes 500M

![format_png 8][]

# 消耗 IO 资源 #

下面的命令产生 4 个进程，每个进程都反复调用 sync 函数将内存上的内容写到硬盘上：

$ stress -i 4

![format_png 9][]

使用 top 命令查看 CPU 的状态如下：

![format_png 10][]

sy 升高，wa(iowait) 非常高。

# 压测磁盘及 IO #

下面的命令创建一个进程不断的在磁盘上创建 10M 大小的文件并写入内容：

$ stress -d 1 --hdd-bytes 10M

![format_png 11][]

使用 top 命令查看 CPU 的状态如下(此时的 CPU 主要消耗在内核态)：

![format_png 12][]

下面是 iostat 2 的输出(同样是高 iowait，瓶颈是写磁盘)：

![format_png 13][]

# 其它选项介绍 #

**--verbose**  
显示 stress 程序运行过程中的详细信息：

![format_png 14][]

**--timeout N**  
在 N 秒后结束程序。

**--quiet**  
stress 程序运行的过程中不输出信息。

**-n, --dry-run**  
输出程序会做什么而并不实际执行相关的操作：

![format_png 15][]

**--backoff N**  
让新 fork 出来的进程 sleep N 微秒再开始运行。

除了单独指定某一类的选项，还可以同时执行多个类型的任务，比如产生 3 个 CPU 进程、3 个 IO 进程、2 个10M 的 vm 进程，并且每个 vm 进程中不循环分配释放内存：

$ stress --cpu 3 --io 3 --vm 2 --vm-bytes 10M --vm-keep

# 总结 #

对于学习 Linux 性能检测相关的命令来说，stress 命令是个得力的助手。通过模拟各种高负载情况，可以帮助我们更好的理解系统瓶颈并掌握性能检测工具的用法。

**参考：**  
[stress man page][]  
[stress 1.0.4 code][]

[format_png]: /images/20210728/29deb543b9c0453f8d897db280cd7453.png
[format_png 1]: /images/20210728/236d96e854b54d3cafcf124df3f7997d.png
[format_png 2]: /images/20210728/04a660dea49a436995f670eae7e900da.png
[format_png 3]: /images/20210728/8112dc98fe9044489be7ff1337890f4b.png
[format_png 4]: /images/20210728/9fd5e71d777a4039b787cb278d545c0f.png
[format_png 5]: /images/20210728/cc7fbe2958d8427691d43d5606660418.png
[format_png 6]: /images/20210728/c9d03d97a7dc41c1a0028246ea7b7ea2.png
[format_png 7]: /images/20210728/6512cb43804745709cb0db7795f249d5.png
[format_png 8]: /images/20210728/0a6d47d0dbdf422d8275bdb6d6b2a4a5.png
[format_png 9]: /images/20210728/f32142d2f4784582b44f91db4e8ecb2f.png
[format_png 10]: /images/20210728/1a7d4cdd51cc4977a7625a56872d6812.png
[format_png 11]: /images/20210728/897f144b46e24f1db4dc14324b6e40ff.png
[format_png 12]: /images/20210728/05d76322364943068ede37306e10d8a2.png
[format_png 13]: /images/20210728/eb7af5686eda4ebb80e0b5c371d363cf.png
[format_png 14]: /images/20210728/e0139a4e20e54f908b65f0baf8cd1365.png
[format_png 15]: /images/20210728/832da79d6168486b9627aac2b773f57b.png
[stress man page]: https://linux.die.net/man/1/stress
[stress 1.0.4 code]: https://github.com/jreybert/power/blob/master/tests/stress.c