使用 Python 测试磁盘性能

Windows 上有大量的第三方工具可以用来测试磁盘性能，包括 Win10 自带的winsat都可以用来评估磁盘读写性能。Linux 下则可以通过 dd 命令测试 IO 性能。而使用 python 去测试性能，主要目的是为了监控磁盘性能。

在超融合或其它虚拟化场景下，磁盘性能会被各种因素影响，比如 CPU 降频、快照过多、物理盘出现坏道、RAID降级等都可能导致磁盘性能下降。所以日常定期地跑一跑性能测试脚本来提前发现磁盘性能故障还是很有必要的。

测试磁盘性能实际上就是通过读写文件，记录程序耗时来测算IO性能。但读写文件时所用的块大小会直接影响测试的数据，一个字节一个字节的读，与每次读取1M它的效率是不同的。所以很多SSD磁盘测试工具都会使用不同的块大小分别进行测试来评估磁盘的性能。

我们这里不用太严谨，只有选择合适的大小即可，比如 buffer 的大小设置为 1024 或 512 字节，通过顺序地读写文件来测试磁盘的 IO 性能。以下是程序最终的运行效果：

代码如下：

#!python3
import time
import math

def test_speed_write(file_path, buffer=1024, size='1G'):
    size_byte = convert_to_bytes(size)
    n = math.ceil(size_byte/buffer)
    with open(file_path, 'wb') as f:
        start = time.time()
        s = b'0'*buffer
        for i in range(n):
            f.write(s)
        end = time.time()
    time_used = end - start
    return time_used


def test_speed_read(file_path, buffer=1024):
    with open(file_path, 'rb') as f:
        start = time.time()
        while True:
            data = f.read(buffer)
            if not data:
                break
        end = time.time()
    time_used = end - start
    return time_used


def human_readable_time(seconds):
    '''将秒转换为可读的形式'''
    if seconds < 2:
        return str(round(seconds, 2))+' seconds'
    days, remainder = divmod(seconds, 86400)
    hours, remainder = divmod(remainder, 3600)
    minutes, seconds = divmod(remainder, 60)
    time_parts = []
    if days > 0:
        time_parts.append(f"{int(days)} day{'s' if days > 1 else ''}")
    if hours > 0:
        time_parts.append(f"{int(hours)} hour{'s' if hours > 1 else ''}")
    if minutes > 0:
        time_parts.append(f"{int(minutes)} minute{'s' if minutes > 1 else ''}")
    if seconds > 0:
        time_parts.append(f"{int(seconds)} second{'s' if seconds > 1 else ''}")
    return ', '.join(time_parts) if len(time_parts) > 0 else '0 seconds'


def human_readable_size(size_bytes):
    """
    Convert a number of bytes into a human-readable string

    print(convert_to_bytes('1K'))   # 1024
    print(convert_to_bytes('1M'))   # 1048576
    print(convert_to_bytes('1G'))   # 1073741824

    """
    for unit in ['', 'K', 'M', 'G', 'T', 'P', 'E', 'Z']:
        if size_bytes < 1024:
            return f"{size_bytes:.2f} {unit}B"
        size_bytes /= 1024
    return f"{size_bytes:.2f} YB"


def convert_to_bytes(size_str):
    """
    Convert a string with a unit (K, M, G, etc.) to a number of bytes
    """
    units = {'K': 1024, 'M': 1024**2, 'G': 1024**3, 'T': 1024**4, 'P': 1024**5}
    size_str = size_str.upper()
    for unit, multiplier in units.items():
        if size_str.endswith(unit):
            size = float(size_str[:-1]) * multiplier
            return int(size)
    return int(size_str)


def test_disk_speed(file_name, buffer=1024, size='1G'):
    size_byte = convert_to_bytes(size)
    n = math.ceil(size_byte/buffer)

    t1 = test_speed_write(file_name, buffer, size)
    t2 = test_speed_read(file_name, buffer)
    read_speed = human_readable_size(size_byte/t2)+'/s'
    write_speed = human_readable_size(size_byte/t1)+'/s'

    # 表格数据
    data = [
        ["类型", "Read", "Write"],
        ["速度", read_speed, write_speed],
        ["耗时", human_readable_time(t2), human_readable_time(t1)]
    ]

    # 计算每列的最大宽度
    widths = [max(len(str(x)) for x in col) for col in zip(*data)]

    print("样本：%s size: %s buffer: %d byte" % (file_name, size, buffer))
    print('='*50)
    # 输出数据行
    for row in data:
        print("|".join(str(x).ljust(width) for x, width in zip(row, widths)))
    print()


if __name__ == '__main__':
    test_disk_speed(r'd:\testio.log', buffer=1024, size='2G')
    test_disk_speed(r'c:\testio1.log', buffer=512, size='500M')

在测试磁盘性能时，提供文件路径、每次读写的buffer以及文件的大小即可。

我们以前写程序是面向google编程，或面向github编程，以后可能是面向ChatGPT编程。以上代码就是通过 ChatGPT 写出来的，不知道能否看出代码中 AI 的痕迹。将上述代码拆成问题就变成了：

• 将以秒为单位的时间转换为人类可读的形式；
• 将以字节为单位的数字转换为K、M、G等可读的形式；
• 将以K、M、G为单位的数字转换为字节；
• 格式化输出表格；
• 测试磁盘的性能；