linux模拟资源占用 你会吗

公司拥有一批云服务器，这些服务器托管在华为云上，然而，很多云服务器的资源利用率并不高，处于空闲状态。我开始担心领导会察觉到这些空闲资源，要求我们降低配置，并可能削减云服务器的采购预算。因此，我计划编写一个 shell 脚本，用于模拟资源占用的情况。

实施思路

• 使用 stress 工具对内存进行压力测试，占用剩余内存的80%，以模拟CPU和内存的消耗情况。
• 使用 dd 命令生成大文件，占用第二块硬盘剩余空间的80%，以模拟硬盘空间的消耗和IO操作。
• 让脚本运行持续20分钟，一旦检测到内存占用超过80%，则停止压力测试。
• 避免对CPU进行压力测试，因为过高的CPU占用率可能导致应用异常或服务器重启的风险。

相关工具

stress

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。

可选参数

-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

消耗 CPU 资源

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

$ 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 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

$ 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

–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

dd

dd 命令 用于复制文件并对原文件的内容进行转换和格式化处理。dd 命令功能很强大的，对于一些比较底层的问题，使用 dd 命令往往可以得到出人意料的效果。用的比较多的还是用 dd 来备份裸设备。但是不推荐，如果需要备份 oracle 裸设备，可以使用 rman 备份，或使用第三方软件备份，使用 dd 的话，管理起来不太方便。需要的时候使用 dd 对物理磁盘操作，如果是文件系统的话还是使用 tar backup cpio 等其他命令更加方便。另外，使用 dd 对磁盘操作时，最好使用块设备文件。

语法

dd (选项)

命令选项

bs=：将ibs（输入）与obs（输出）设成指定的字节数；
cbs=：转换时，每次只转换指定的字节数；
conv=：指定文件转换的方式；
count=：仅读取指定的区块数；
ibs=：每次读取的字节数；
obs=：每次输出的字节数；
of=：输出到文件；
seek=：一开始输出时，跳过指定的区块数；
skip=：一开始读取时，跳过指定的区块数；
--help：帮助；
--version：显示版本信息。

实例

> dd if=/dev/zero of=sun.txt bs=1M count=1
1+0 records in
1+0 records out
1048576 bytes (1.0 MB) copied, 0.006107 seconds, 172 MB/s

[root@localhost text]
1.1M    sun.txt

该命令创建了一个 1M 大小的文件 sun.txt，其中参数解释：

• if 代表输入文件。如果不指定 if，默认就会从 stdin 中读取输入。
• of 代表输出文件。如果不指定 of，默认就会将 stdout 作为默认输出。
• bs 代表字节为单位的块大小。
• count 代表被复制的块数。
• /dev/zero 是一个字符设备，会不断返回 0 值字节（\0）。

块大小可以使用的计量单位表

以上命令可以看出 dd 命令来测试内存操作速度：

> 1048576 bytes (1.0 MB) copied, 0.006107 seconds, 172 MB/s

生成随机字符串

我们甚至可以使用 /dev/urandom 设备配合 dd 命令 来获取随机字符串

> dd if=/dev/urandom bs=1 count=15|base64 -w 0
15+0 records in
15+0 records out
15 bytes (15 B) copied, 0.000111993 s, 134 kB/s
wFRAnlkXeBXmWs1MyGEs

常用案例汇总

1.将本地的/dev/hdb整盘备份到/dev/hdd
#dd if=/dev/hdb of=/dev/hdd
2.将/dev/hdb全盘数据备份到指定路径的image文件
#dd if=/dev/hdb of=/root/image
3.将备份文件恢复到指定盘
#dd if=/root/image of=/dev/hdb
4.备份/dev/hdb全盘数据，并利用gzip工具进行压缩，保存到指定路径
#dd if=/dev/hdb | gzip > /root/image.gz
5.将压缩的备份文件恢复到指定盘
#gzip -dc /root/image.gz | dd of=/dev/hdb
6.备份与恢复MBR
备份磁盘开始的512个字节大小的MBR信息到指定文件：
#dd if=/dev/hda of=/root/image count=1 bs=512
   count=1指仅拷贝一个块；bs=512指块大小为512个字节。
恢复：
#dd if=/root/image of=/dev/had
将备份的MBR信息写到磁盘开始部分
7.备份软盘
#dd if=/dev/fd0 of=disk.img count=1 bs=1440k (即块大小为1.44M)
8.拷贝内存内容到硬盘
#dd if=/dev/mem of=/root/mem.bin bs=1024 (指定块大小为1k)  
9.拷贝光盘内容到指定文件夹，并保存为cd.iso文件
#dd if=/dev/cdrom(hdc) of=/root/cd.iso
10.增加swap分区文件大小
第一步：创建一个大小为256M的文件：
#dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1024 count=262144
第二步：把这个文件变成swap文件：
#mkswap /swapfile
第三步：启用这个swap文件：
#swapon /swapfile
第四步：编辑/etc/fstab文件，使在每次开机时自动加载swap文件：
/swapfile    swap    swap    default   0 0
11.销毁磁盘数据
#dd if=/dev/urandom of=/dev/hda1
注意：利用随机的数据填充硬盘，在某些必要的场合可以用来销毁数据。
12.测试硬盘的读写速度
#dd if=/dev/zero bs=1024 count=1000000 of=/root/1Gb.file
#dd if=/root/1Gb.file bs=64k | dd of=/dev/null
通过以上两个命令输出的命令执行时间，可以计算出硬盘的读、写速度。
13.确定硬盘的最佳块大小：
#dd if=/dev/zero bs=1024 count=1000000 of=/root/1Gb.file
#dd if=/dev/zero bs=2048 count=500000 of=/root/1Gb.file
#dd if=/dev/zero bs=4096 count=250000 of=/root/1Gb.file
#dd if=/dev/zero bs=8192 count=125000 of=/root/1Gb.file
通过比较以上命令输出中所显示的命令执行时间，即可确定系统最佳的块大小。
14.修复硬盘：
#dd if=/dev/sda of=/dev/sda 或dd if=/dev/hda of=/dev/hda
当硬盘较长时间(一年以上)放置不使用后，磁盘上会产生magnetic flux point，当磁头读到这些区域时会遇到困难，并可能导致I/O错误。当这种情况影响到硬盘的第一个扇区时，可能导致硬盘报废。上边的命令有可能使这些数 据起死回生。并且这个过程是安全、高效的。
15.利用netcat远程备份
#dd if=/dev/hda bs=16065b | netcat  1234
在源主机上执行此命令备份/dev/hda
#netcat -l -p 1234 | dd of=/dev/hdc bs=16065b
在目的主机上执行此命令来接收数据并写入/dev/hdc
#netcat -l -p 1234 | bzip2 > partition.img
#netcat -l -p 1234 | gzip > partition.img
以上两条指令是目的主机指令的变化分别采用bzip2、gzip对数据进行压缩，并将备份文件保存在当前目录。
将一个很大的视频文件中的第i个字节的值改成0x41（也就是大写字母A的ASCII值）
echo A | dd of=bigfile seek=$i bs=1 count=1 conv=notrunc

脚本

编写的shell脚本如下：

#!/bin/bash
#模拟cpu,IO,内存使用
#ver 1.0
#每天凌晨1：00执行
#持续20分钟

#记录执行日志
script_log="script_log.log"
mem_info=$(free -m | grep Mem)
used_mem=$(echo $mem_info | awk '{print $3}')
total_mem=$(echo $mem_info | awk '{print $2}')
# 计算内存利用率
mem_util=$(echo "scale=2; $used_mem / $total_mem * 100" | bc)
#内存利用率取整数
mem_utilization=$(printf "%.0f" "$mem_util")

if [ ! -f "$script_log" ]; then
  touch "$script_log"
fi


# 模拟内存占用
function simulate_memory() {

  #安装stress压测工具
  INSTALLED=$(rpm -qa | grep stress)
  if [ $? -eq 0 ];then
    echo "$(date +%Y-%m-%d-%H:%M) 已经安装了stress" >> $script_log
  else
    yum install stress -y
    sleep 5
  fi
  #执行内存
  if [ $mem_utilization -lt 80 ];then
    stress --io 1 --vm 1 --vm-bytes "$(awk '/MemFree/{printf "%d\n", 0.7*$2}' /proc/meminfo)k" --vm-keep &
    echo "$(date +%Y-%m-%d-%H:%M) 执行内存压测命令 " >> $script_log
  fi

}

#模拟file占用
function simulate_file() {
  #判断第二硬盘是否存在
  second_disk=$(lsblk | grep -w "vd[b-z]")
  if [ $? -eq 0 ];then
    echo "$(date +%Y-%m-%d-%H:%M) 第二块硬盘存在" >> $script_log
    if [ -d "/data" ];then
      if [ -d "/data/second_disk_data_tmp" ];then
        echo "$(date +%Y-%m-%d-%H:%M) 临时目录/data/second_disk_data_tmp已存在" >> $script_log
      else
        mkdir -p /data/second_disk_data_tmp
        echo "$(date +%Y-%m-%d-%H:%M) 临时目录/data/second_disk_data_tmp不存在，已创建" >> $script_log
      fi
    fi
  else
    echo "$(date +%Y-%m-%d-%H:%M) 第二块硬盘不存在" >> $script_log
  fi
  #执行前先删除临时文件

  if [ -f "/data/second_disk_data_tmp/data_tmp.txt" ];then
    rm -f /data/second_disk_data_tmp/data_tmp.txt
    echo "$(date +%Y-%m-%d-%H:%M) /data/second_disk_data_tmp/data_tmp.txt 文件存在，已删除"
  else 
    touch /data/second_disk_data_tmp/data_tmp.txt
  fi

  #第二块盘磁盘利用率
  second_disk_usage=$(df -h | egrep  "vd[b-z]" | awk '{ print $5 }' | tr -d "%")
  #需要占用的磁盘空间大小
  file_size=$(df -h | egrep  "vd[b-z]" | awk '{ print $4*0.8 }' | tr -d "G"|bc)
  #去整数
  size_file=$(printf "%.0f" "$file_size")
  #计算需要生成的文件大小
  #如果第二盘的空间小于80
  if [ $second_disk_usage -lt 80 ];then 
  #dd命令生成文件
    time1=$(date +%s)
    echo "$(date +%Y-%m-%d-%H:%M) 开始执行生成临时文件" >> $script_log
    dd if=/dev/zero  of=/data/second_disk_data_tmp/data_tmp.txt bs=1G count=$size_file
    time2=$(date +%s)
    time3=$((time2-time1))
    echo "$(date +%Y-%m-%d-%H:%M) 生成了临时文件，路径为/data/second_disk_data_tmp/data_tmp.txt,花费时间$time3 秒" >> $script_log
    if  [ $second_disk_usage -ge 80 ];then 
      if [ -f "/data/second_disk_data_tmp/data_tmp.txt" ];then
        rm -rf /data/second_disk_data_tmp/data_tmp.txt
        echo "$(date +%Y-%m-%d-%H:%M) 第二盘硬盘利用率大于80%，已删除临时文件" >> $script_log
      fi
    fi
  fi
}
start_time=$(date +%s)
simulate_memory
simulate_file
start_time=$(date +%s)
#此刻的内存利用率

while true;do
  #计算此时内存利用率
  mem_info_now=$(free -m | grep Mem)
  used_mem_now=$(echo $mem_info_now | awk '{print $3}')
  total_mem_now=$(echo $mem_info_now | awk '{print $2}')
  # 计算内存利用率
  mem_util_now=$(echo "scale=2; $used_mem_now / $total_mem_now * 100" | bc)
  mem_utilization_now=$(printf "%.0f" "$mem_util_now")
  current_time=$(date +%s)
  elapsed_time=$((current_time - start_time))

  if [ $mem_utilization_now -ge 80 ];then
     for i in $(ps aux | grep "stress --io" | awk '{ print $2}');do kill -9 $i;done
     echo "$(date +%Y-%m-%d-%H:%M) 内存利用率大于80%停止stress命令 " >> $script_log
     sleep 10
     simulate_memory
     sleep 10
  fi
  if [ $elapsed_time -ge 1200 ]; then
    break
  fi
  sleep 10
done
for i in $(ps aux | grep "stress --io" | awk '{ print $2}');do kill -9 $i;done
echo "$(date +%Y-%m-%d-%H:%M) 结束内存压测" >> $script_log
end_time=$(date +%s)
cost_time=$((end_time - start_time))
echo "$(date +%Y-%m-%d-%H:%M) 程序已经运行:$cost_time 秒 并结束" >> $script_log
exit 0

执行效果

cpu

内存

IO

相关问题

1 dd命令执行时间过长，持续将近十几分钟

2 dd执行过程中磁盘IO基本上被占满

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