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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

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

使用 top 命令查看 CPU 的状态如下(CPU 在用户态满负荷运转):

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

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

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

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

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

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

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

使用 top 命令查看 CPU 的状态如下:

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

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):

下面是 iostat 2 的输出(同样是高 iowait,瓶颈是写磁盘):

其它选项介绍

--verbose
显示 stress 程序运行过程中的详细信息:

--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:

--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