Linux stress 命令

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 

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  --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  --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  --vm-bytes 500M --vm-hang 

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 = ; 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  --vm-bytes 500M --vm-stride 64

$ stress --vm  --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  --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 

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  --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  --io  --vm  --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