このドキュメントでは、Linux 仮想マシン（VM）でPersistent Disk のパフォーマンスをベンチマークする方法について説明します。Windows VM の場合は、Windows VM で永続ディスクのパフォーマンスをベンチマークするをご覧ください。
Linux で Persistent Disk のパフォーマンスをベンチマークするには、dd などの他のディスク ベンチマーク ツールではなくフレキシブル I/O テスター（FIO）を使用します。デフォルトでは、dd で使用される I/O キューの深さは非常に浅く、ディスク パフォーマンスを正確にテストできない場合があります。通常は、Persistent Disk パフォーマンスのベンチマークで /dev/urandom、/dev/random、/dev/zero などの特別なデバイスは使用しないでください。
実行中のインスタンスで使用されているディスクの IOPS とスループットを測定するには、測定用に作られた構成でファイル システムのベンチマークを行います。そうすることにより、既存のディスクの内容を失わずに現実的なワークロードをテストできます。既存のディスクでファイル システムをベンチマークすると、開発環境固有のさまざまな要素がベンチマーク結果に影響を与える可能性があり、その結果、ディスク パフォーマンスの上限に届かないことがある点にご注意ください。
永続ディスクの純粋なパフォーマンスを測定するには、ブロック デバイスを直接ベンチマークします。この方法を使用して、純粋なディスク パフォーマンスとディスク パフォーマンスの上限を比較します。
以下のコマンドは、apt パッケージ管理システムを使用して Debian または Ubuntu オペレーティング システムで動作します。
実行中のインスタンスのディスクの IOPS とスループットをベンチマークする
ディスクの内容を失うことなく、実行中のインスタンスのアクティブなディスクについて、現実的なワークロードの IOPS とスループットを測定する場合は、既存のファイル システムの新しいディレクトリに対してベンチマークを行います。
インスタンスに接続します。
依存関係をインストールします。
sudo apt update sudo apt install -y fioターミナルで、VM にアタッチされているディスクを一覧表示し、テストするディスクを見つけます。永続ディスクがまだフォーマットされていない場合は、ディスクをフォーマットしてマウントします。
sudo lsblkNAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 10G 0 disk └─sda1 8:1 0 10G 0 part / sdb 8:32 0 2.5T 0 disk /mnt/disks/mnt_dir
この例では、デバイス ID が
sdbになっている 2,500 GB の SSD 永続ディスクをテストします。ディスク上に新しいディレクトリ
fiotestを作成します。この例では、ディスクは/mnt/disks/mnt_dirにマウントされます。TEST_DIR=/mnt/disks/mnt_dir/fiotest sudo mkdir -p $TEST_DIRI/O ブロックサイズを 1 MB、I/O の深さを 64 以上に指定し、複数の並列ストリーム（16 以上）で順次書き込みを行って書き込みスループットをテストします。
sudo fio --name=write_throughput --directory=$TEST_DIR --numjobs=16 \ --size=10G --time_based --runtime=60s --ramp_time=2s --ioengine=libaio \ --direct=1 --verify=0 --bs=1M --iodepth=64 --rw=write \ --group_reporting=1 --iodepth_batch_submit=64 \ --iodepth_batch_complete_max=64I/O ブロックサイズを 4 KB、I/O の深さを 256 以上に指定し、ランダムな書き込みを行って書き込み IOPS をテストします。
sudo fio --name=write_iops --directory=$TEST_DIR --size=10G \ --time_based --runtime=60s --ramp_time=2s --ioengine=libaio --direct=1 \ --verify=0 --bs=4K --iodepth=256 --rw=randwrite --group_reporting=1 \ --iodepth_batch_submit=256 --iodepth_batch_complete_max=256I/O ブロックサイズを 1 MB、I/O の深さを 64 以上に指定し、複数の並列ストリーム（16 以上）で順次読み取りを実行して読み取りスループットをテストします。
sudo fio --name=read_throughput --directory=$TEST_DIR --numjobs=16 \ --size=10G --time_based --runtime=60s --ramp_time=2s --ioengine=libaio \ --direct=1 --verify=0 --bs=1M --iodepth=64 --rw=read \ --group_reporting=1 \ --iodepth_batch_submit=64 --iodepth_batch_complete_max=64I/O ブロックサイズを 4 KB、I/O の深さを 256 以上に指定し、ランダムな読み取りを行って読み取り IOPS をテストします。
sudo fio --name=read_iops --directory=$TEST_DIR --size=10G \ --time_based --runtime=60s --ramp_time=2s --ioengine=libaio --direct=1 \ --verify=0 --bs=4K --iodepth=256 --rw=randread --group_reporting=1 \ --iodepth_batch_submit=256 --iodepth_batch_complete_max=256クリーンアップ:
sudo rm $TEST_DIR/write* $TEST_DIR/read*
純粋な永続ディスクのパフォーマンスをベンチマークする
開発環境以外で永続ディスク単体のパフォーマンスを測定する場合は、使い捨ての永続ディスクと VM でブロック デバイスの読み取りと書き込みのパフォーマンスをテストします。
以下コマンドは、VM に 2,500 GB の SSD 永続ディスクがアタッチされていることを前提としています。デバイスサイズが異なる場合は、--filesize 引数の値を変更します。このディスクサイズは、32 vCPU VM のスループットの上限値を達成するために必要な値です。詳細については、ブロック ストレージのパフォーマンスをご覧ください。
ベンチマークする VM インスタンスに Persistent Disk を追加します。
依存関係をインストールします。
sudo apt-get update sudo apt-get install -y fioディスクにゼロ以外のデータを入力します。空のブロックからの永続ディスク読み取りには、データを含むブロックとは異なるレイテンシ プロファイルがあります。読み取りレイテンシのベンチマークを実施する前に、データをディスクに入力しておくことをおすすめします。
# Running this command causes data loss on the second device. # We strongly recommend using a throwaway VM and disk. sudo fio --name=fill_disk \ --filename=/dev/sdb --filesize=2500G \ --ioengine=libaio --direct=1 --verify=0 --randrepeat=0 \ --bs=128K --iodepth=64 --rw=randwrite \ --iodepth_batch_submit=64 --iodepth_batch_complete_max=64I/O サイズを 1 MB、I/O キューの深さを 64 以上にして、複数の並列ストリーム（16 以上）で順次書き込みを行い、書き込み帯域幅をテストします。
# Running this command causes data loss on the second device. # We strongly recommend using a throwaway VM and disk. sudo fio --name=write_bandwidth_test \ --filename=/dev/sdb --filesize=2500G \ --time_based --ramp_time=2s --runtime=1m \ --ioengine=libaio --direct=1 --verify=0 --randrepeat=0 \ --bs=1M --iodepth=64 --iodepth_batch_submit=64 --iodepth_batch_complete_max=64 \ --rw=write --numjobs=16 --offset_increment=100G書き込み IOPS をテストします。PD IOPS を最大にするには、I/O キューを深くする必要があります。たとえば、書き込みレイテンシが 1 ミリ秒の場合、VM は処理中の各 I/O に対して最大 1,000 IOPS を達成できます。15,000 の書き込み IOPS を達成するには、VM は少なくとも 15 の処理中 I/O を維持する必要があります。ディスクと VM が 30,000 の書き込み IOPS を達成するには、処理中の I/O 数は少なくとも 30 I/O である必要があります。I/O サイズが 4 KB より大きい場合、VM は IOPS の上限に達する前に帯域幅の制限に達することがあります。
# Running this command causes data loss on the second device. # We strongly recommend using a throwaway VM and disk. sudo fio --name=write_iops_test \ --filename=/dev/sdb --filesize=2500G \ --time_based --ramp_time=2s --runtime=1m \ --ioengine=libaio --direct=1 --verify=0 --randrepeat=0 \ --bs=4K --iodepth=256 --rw=randwrite \ --iodepth_batch_submit=256 --iodepth_batch_complete_max=256書き込みレイテンシをテストします。I/O レイテンシをテストしている間、VM が帯域幅の制限または IOPS の上限に達しないようにします。そうしないと、レイテンシに実際の永続ディスクの I/O レイテンシが反映されません。たとえば、I/O の深さ 30 で IOPS の上限に達するときに
fioコマンドでその 2 倍を指定した場合、合計 IOPS は変わらず、報告される I/O レイテンシは 2 倍になります。# Running this command causes data loss on the second device. # We strongly recommend using a throwaway VM and disk. sudo fio --name=write_latency_test \ --filename=/dev/sdb --filesize=2500G \ --time_based --ramp_time=2s --runtime=1m \ --ioengine=libaio --direct=1 --verify=0 --randrepeat=0 \ --bs=4K --iodepth=4 --rw=randwrite --iodepth_batch_submit=4 \ --iodepth_batch_complete_max=4I/O サイズを 1 MB にし、I/O キューの深さを 64 以上にして、複数の並列ストリーム（16 以上）で順次読み取りを行い、読み取り帯域幅をテストします。
sudo fio --name=read_bandwidth_test \ --filename=/dev/sdb --filesize=2500G \ --time_based --ramp_time=2s --runtime=1m \ --ioengine=libaio --direct=1 --verify=0 --randrepeat=0 \ --bs=1M --iodepth=64 --rw=read --numjobs=16 --offset_increment=100G \ --iodepth_batch_submit=64 --iodepth_batch_complete_max=64読み取り IOPS をテストします。PD IOPS を最大にするには、I/O キューを深くする必要があります。たとえば、I/O サイズが 4 KB より大きい場合、VM は IOPS の上限に達する前に帯域幅の制限に達することがあります。最大 10 万の読み取り IOPS を達成するには、このテストに
--iodepth=256を指定します。sudo fio --name=read_iops_test \ --filename=/dev/sdb --filesize=2500G \ --time_based --ramp_time=2s --runtime=1m \ --ioengine=libaio --direct=1 --verify=0 --randrepeat=0 \ --bs=4K --iodepth=256 --rw=randread \ --iodepth_batch_submit=256 --iodepth_batch_complete_max=256読み取りレイテンシをテストします。現実的なレイテンシ測定を行うには、ディスクにデータを書き込む必要があります。また、テスト中に VM が IOPS またはスループットの上限に達しないことが重要です。永続ディスクは、飽和限界に達すると受信 I/O を差し戻し、これが I/O レイテンシの「見せかけ」の増加として反映されます。
sudo fio --name=read_latency_test \ --filename=/dev/sdb --filesize=2500G \ --time_based --ramp_time=2s --runtime=1m \ --ioengine=libaio --direct=1 --verify=0 --randrepeat=0 \ --bs=4K --iodepth=4 --rw=randread \ --iodepth_batch_submit=4 --iodepth_batch_complete_max=4順次読み取り帯域幅をテストします。
sudo fio --name=read_bandwidth_test \ --filename=/dev/sdb --filesize=2500G \ --time_based --ramp_time=2s --runtime=1m \ --ioengine=libaio --direct=1 --verify=0 --randrepeat=0 \ --numjobs=4 --thread --offset_increment=500G \ --bs=1M --iodepth=64 --rw=read \ --iodepth_batch_submit=64 --iodepth_batch_complete_max=64順次書き込み帯域幅をテストします。
sudo fio --name=write_bandwidth_test \ --filename=/dev/sdb --filesize=2500G \ --time_based --ramp_time=2s --runtime=1m \ --ioengine=libaio --direct=1 --verify=0 --randrepeat=0 \ --numjobs=4 --thread --offset_increment=500G \ --bs=1M --iodepth=64 --rw=write \ --iodepth_batch_submit=64 --iodepth_batch_complete_max=64使い捨ての Persistent Disk と VM をクリーンアップします。
次のステップ
- Persistent Disk のパフォーマンス指標を確認して、ディスク パフォーマンスをモニタリングする方法を学習する。
- Persistent Disk の料金を確認する。
- Persistent Disk のパフォーマンスの最適化を行う方法を学習する。