1. 引言

在系统运维和性能测试中，模拟资源紧缺是验证系统在极端负载下行为的重要手段。本文介绍如何在 Linux 环境下使用 stress 命令模拟 CPU 和内存压力，使用 fallocate 模拟磁盘占用，并通过调整文件描述符上限来模拟 FD 资源紧缺，最后给出完整的验证与恢复方法。

2. 模拟 CPU 与内存压力

stress 是 Linux 下常用的压力测试工具，可以方便地模拟 CPU、内存、磁盘 I/O 等资源负载。安装方式如下：

bash 复制代码

# CentOS / RHEL
yum install -y stress
Ubuntu / Debian
apt-get install -y stress

模拟 CPU 压力，启动 4 个 CPU 工作进程：

bash 复制代码

stress --cpu 4 --timeout 60s

模拟内存压力，分配 2GB 内存并持续占用：

bash 复制代码

stress --vm 2 --vm-bytes 2G --timeout 60s

也可以同时模拟 CPU 和内存压力：

bash 复制代码

stress --cpu 4 --vm 2 --vm-bytes 1G --timeout 120s

3. 模拟磁盘占用

fallocate 可以快速预分配磁盘空间，用于模拟磁盘资源紧缺。例如创建一个 10GB 的临时文件：

bash 复制代码

fallocate -l 10G /tmp/disk_test.bin

查看磁盘使用情况：

bash 复制代码

df -h /tmp

测试完成后删除临时文件释放空间：

bash 复制代码

rm -f /tmp/disk_test.bin

4. 模拟文件描述符资源紧缺

文件描述符（FD）是 Linux 系统中重要的资源，当进程打开的文件数接近系统上限时，会导致新的文件打开失败。下面演示如何模拟 FD 资源紧缺。

4.1 备份原始文件描述符上限

首先查看并备份系统当前的文件描述符上限：

bash 复制代码

cat /proc/sys/fs/file-max

记录输出的原始值，例如 9223372036854775807，后续恢复时需要用到。

4.2 临时调低文件描述符上限

通过 sysctl 临时将系统文件描述符上限调低到 10000：

bash 复制代码

sysctl -w fs.file-max=10000

4.3 运行消耗脚本

使用 Python 脚本打开约 9000 个文件描述符（目标为上限的 90%）。脚本内容如下：

python 复制代码

import time
target = 9000
fds = []
for i in range(target):
try:
fds.append(open('/dev/null', 'r'))
except IOError:
break
if i % 1000 == 0:
time.sleep(0.01)
print 'Opened %d FDs' % len(fds)
time.sleep(6000)

在后台并行启动 7 个脚本来消耗文件描述符：

bash 复制代码

for i in $(seq 1 7); do
  python2 -c "import time
target = 9000
fds = []
for i in range(target):
    try:
        fds.append(open('/dev/null', 'r'))
    except IOError:
        break
    if i % 1000 == 0:
        time.sleep(0.01)
print 'Opened %d FDs' % len(fds)
time.sleep(6000)" &
done

4.4 验证文件描述符使用率

查看当前系统已分配的文件描述符数量：

bash 复制代码

cat /proc/sys/fs/file-nr

该文件输出三个数值，分别表示已分配文件句柄数、已使用文件句柄数、文件句柄最大值。通过对比已分配数与上限值，可以确认文件描述符的使用率是否达到预期目标。

4.5 恢复文件描述符上限

测试完成后，将文件描述符上限恢复为原始值：

bash 复制代码

sysctl -w fs.file-max=9223372036854775807

同时清理后台运行的 Python 脚本进程：

bash 复制代码

pkill -f "python2 -c"

5. 模拟网络流量与连接资源紧缺

网络资源紧缺同样会影响系统稳定性。下面介绍使用 iperf3 模拟网络流量激增，并演示如何查看主机磁盘 IO 状态、网络延迟与丢包率，以及 TCP 连接数等关键指标。

5.1 使用 iperf3 模拟网络流量激增

iperf3 是常用的网络性能测试工具，可以生成大量 TCP/UDP 流量来模拟网络带宽压力。安装方式如下：

bash 复制代码

# CentOS / RHEL
yum install -y iperf3
Ubuntu / Debian
apt-get install -y iperf3

在一台机器上启动服务端，监听默认端口 5201：

bash 复制代码

iperf3 -s

在另一台机器上作为客户端，向服务端持续发送流量，模拟网络流量激增。例如持续 120 秒并开启 8 个并行连接：

bash 复制代码

iperf3 -c 192.168.1.100 -t 120 -P 8

如需模拟 UDP 流量以观察丢包情况，可使用如下命令：

bash 复制代码

iperf3 -c 192.168.1.100 -u -b 100M -t 120

5.2 模拟磁盘读写压力

用fio命令

安装 fio 的方法取决于你的系统。你之前用的是 CentOS/RHEL 系（yum），直接执行：

bash

复制代码

sudo yum install fio -y

这就是 Oracle 官方文档里针对 CentOS 的标准安装命令。装完后可以用 fio --version 验证。

💡 补充说明

如果是 Ubuntu/Debian ：命令是 sudo apt-get update && sudo apt-get install fio -y。
依赖库 ：部分系统上 fio 可能依赖 libaio，如果启动时报错，可以补装 sudo yum install libaio libaio-devel -y。

装好后，就可以用之前提到的多 job 命令来压满磁盘写入压力了。

fio 测试读写，写指定文件

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使用 fio 测试读写并指定文件，核心是通过 --filename 参数明确指定测试文件路径。

📝 基本语法

text

复制代码

fio --name=任务名 --filename=文件路径 --rw=读写模式 --direct=1 --size=文件大小 --runtime=测试时长 --time_based

💡 关键参数说明

参数	说明
`--filename`	指定测试文件路径。支持文件、裸盘，多个文件用冒号分隔，如 `/dev/vda:/dev/vdb`
`--rw`	读写模式：`read`(顺序读)、`write`(顺序写)、`randread`(随机读)、`randwrite`(随机写)、`randrw`(随机混合)
`--direct=1`	绕过系统缓存，直接写入磁盘，测试更真实
`--size`	测试文件大小，如 `2G`。若指定已有文件，`size` 可省略
`--time_based`	配合 `--runtime` 使用，让 fio 在指定时间内持续运行，而不是写完文件就结束
`--numjobs`	并发量

🧪 常用命令示例

顺序写测试

fio --name=write-test --filename=/root/fio_test.bin --rw=write --bs=10M --direct=1 --size=2G --numjobs=8 --time_based --runtime=6000

--numjobs=4：4 个并发写任务，压力更大
--group_reporting：汇总报告，方便查看整体性能

随机写测试

bash

复制代码

fio --name=randwrite-test --filename=/root/fio_test.bin --rw=randwrite --bs=1M --direct=1 --size=2G --time_based --runtime=600

小块随机写更能压 IOPS。

混合读写测试

bash

复制代码

fio --name=randrw-test --filename=/root/fio_test.bin --rw=randrw --rwmixread=70 --bs=4k --direct=1 --size=2G --time_based --runtime=600

--rwmixread=70：70% 读，30% 写

顺序读测试

fio --name=read-test --filename=/root/fio_test.bin --rw=read --bs=1M --direct=1 --size=2G --numjobs=4 --time_based --runtime=600 --group_reporting

⚠️ 注意事项

文件路径选择 ：不要用 /tmp ，因为你的 /tmp 是 tmpfs（内存盘），测不出磁盘性能。建议用 /root/ 或专门的数据目录，确保是真实物理磁盘。

写测试会破坏数据 ：如果对裸盘做写测试（如 --filename=/dev/vdb），会清空该设备上的所有数据，务必确认目标盘无有用数据。

--size 与已有文件 ：如果指定的文件已存在且大小固定，--size 可省略；如果文件不存在，fio 会创建并填充到指定大小。

停止与清理 ：--time_based --runtime=600 会在 600 秒后自动停止。测试完成后，生成的测试文件需要手动删除：

bash

复制代码

rm -f /root/fio_test.bin

用 `timeout` 强制限时（最简洁）

timeout 命令可以让任意命令运行指定秒数后自动终止：

复制代码

# 持续写 6000 秒
timeout 6000 dd if=/dev/zero of=/root/disk_io_test.bin bs=1M count=600000000 conv=fdatasync

复制代码

# 持续读 6000 秒（绕过缓存）
timeout 6000 dd if=/root/disk_io_test.bin of=/dev/null bs=1M iflag=direct

注意：count 要设得足够大（比如 100000），否则 dd 会在 600 秒之前就写完退出，timeout 就失去意义了。上面的 count=100000 意味着最多写 100000MB，实际会被 timeout 在 600 秒时截断。

用 `while` 循环控制时长（更灵活）

bash

复制代码

# 持续写 600 秒

bash 复制代码

end=$((SECONDS+600))
while [ $SECONDS -lt $end ]; do
    dd if=/dev/zero of=/root/disk_io_test.bin bs=1M count=2048 conv=fdatasync
done

复制代码

# 持续读 600 秒

bash 复制代码

end=$((SECONDS+600))
while [ $SECONDS -lt $end ]; do
    dd if=/root/disk_io_test.bin of=/dev/null bs=1M iflag=direct
done

同时压读和写（并行）

如果你想同时制造读、写压力，可以把两个循环放到后台并行：

bash 复制代码

# 先准备一个文件供读取（如果还没有）
dd if=/dev/zero of=/root/disk_io_test.bin bs=1M count=2048 conv=fdatasync

# 写压力
end=$((SECONDS+600))
while [ $SECONDS -lt $end ]; do
    dd if=/dev/zero of=/root/disk_io_test_write.bin bs=1M count=2048 conv=fdatasync
done &

# 读压力
end=$((SECONDS+600))
while [ $SECONDS -lt $end ]; do
    dd if=/root/disk_io_test.bin of=/dev/null bs=1M iflag=direct
done &

wait

关键参数说明

参数	作用
`if=/dev/zero`	无限零数据源，用于写测试
`of=/dev/null`	黑洞，读出的数据丢弃，用于读测试
`bs=1M`	每次读写 1MB
`count=N`	读写 N 个块（总大小 = bs × count）
`conv=fdatasync`	写完后强制刷盘，确保真实写入物理磁盘
`iflag=direct`	读时绕过 page cache，直接读物理磁盘

bash 复制代码

stress -d 4 --hdd-bytes 1G -t 600

在压测期间，可以使用 iostat 观察磁盘 IO 是否成为瓶颈。安装 sysstat 后执行：

bash 复制代码

# CentOS / RHEL
yum install -y sysstat
Ubuntu / Debian
apt-get install -y sysstat

每隔 2 秒刷新一次磁盘 IO 状态，共输出 5 次：

bash 复制代码

iostat -x 2 5

重点关注 %util（设备利用率）、await（平均 IO 等待时间）和 r/s、w/s（每秒读写次数）等指标，判断磁盘是否处于高负载状态。

5.3 模拟网络延迟与丢包

iptable方式

复制代码

# 模拟本机发出的包，随机丢弃 5%
sudo iptables -A OUTPUT -m statistic --mode random --probability 0.05 -j DROP

# 模拟发往本机的包（入向），随机丢弃 5%
sudo iptables -A INPUT -m statistic --mode random --probability 0.05 -j DROP

针对特定源 IP 丢包（入向）

bash

复制代码

# 丢弃来自 10.11.55.83 的包，概率 5%
sudo iptables -A INPUT -s 10.11.55.83 -m statistic --mode random --probability 0.05 -j DROP

针对特定目标 IP 丢包（出向）

bash

复制代码

# 丢弃发往 10.11.55.83 的包，概率 5%
sudo iptables -A OUTPUT -d 10.11.55.83 -m statistic --mode random --probability 0.05 -j DROP

tc方式

查询网卡

bash 复制代码

ip -br link

所有网络

针对 ens3 模拟延迟和丢包

模拟 200ms 延迟 + 5% 丢包：（建议指定某个ip的流量或者指定过期时间）

复制代码

sudo tc qdisc add dev ens3 root netem delay 200ms loss 5%

加规则，并让它在 300 秒（5 分钟）后自动删除

sudo tc qdisc add dev ens3 root netem delay 200ms loss 5% && (sleep 300 && sudo tc qdisc del dev ens3 root) &

命令解释：

&&：规则添加成功后，才启动后面的定时任务。
(sleep 300 && ...)：子 shell 里先睡 300 秒，醒来后执行删除。
末尾 &：把整个定时任务放到后台，不阻塞当前终端。

这样即使你 SSH 断了，5 分钟后网络也会自动恢复。

指定固定ip丢包

如果只想影响访问某个 IP 的流量，而不是全部，可以结合 filter：

只对目标 IP 10.11.55.83 生效

bash 复制代码

sudo tc qdisc add dev ens3 root handle 1: prio && \
(sleep 300 && sudo tc qdisc del dev ens3 root) & \
sudo tc qdisc add dev ens3 parent 1:1 handle 10: netem delay 200ms loss 5% && \
(sleep 300 && sudo tc qdisc del dev ens3 root) & \
sudo tc filter add dev ens3 protocol ip parent 1:0 prio 1 u32 match ip dst 10.11.55.83 flowid 1:1 && \
(sleep 300 && sudo tc qdisc del dev ens3 root) &

或者

bash 复制代码

sudo tc qdisc add dev ens3 root handle 1: prio && \
sudo tc qdisc add dev ens3 parent 1:1 handle 10: netem delay 200ms loss 5% && \
sudo tc filter add dev ens3 protocol ip parent 1:0 prio 1 u32 match ip dst 10.11.55.83 flowid 1:1 && \
(sleep 300 && sudo tc qdisc del dev ens3 root) &

查看已添加的规则：

bash

复制代码

tc qdisc show dev ens3

恢复（清除规则）：

bash

复制代码

sudo tc qdisc del dev ens3 root

5.4 模拟 TCP 连接数激增

使用 hping3 可以快速建立大量 TCP 连接，用于模拟高并发连接场景。安装方式如下：

bash 复制代码

# CentOS / RHEL
yum install -y hping3
Ubuntu / Debian
apt-get install -y hping3

向目标主机持续发起 SYN 请求，模拟大量半开连接：

bash 复制代码

hping3 -S -p 80 --flood 192.168.1.100

如需模拟大量完整 TCP 连接，可结合 iperf3 开启多个并行连接：

bash 复制代码

iperf3 -c 192.168.1.100 -t 120 -P 8

在压测期间，可以使用 ss 命令查看当前系统的 TCP 连接状态和数量。统计所有 TCP 连接数：

bash 复制代码

ss -s

查看处于 ESTABLISHED 状态的连接数：

bash 复制代码

ss -t state established | wc -l

也可以按连接状态分类统计，观察 SYN-SENT、TIME-WAIT 等状态的连接数量：

bash 复制代码

ss -tan | awk '{print $1}' | sort | uniq -c

在压测期间，TCP 连接数和各状态数量会明显上升，可用于验证系统在高并发连接下的表现。

5.5 恢复与清理

测试完成后，停止 iperf3 和 hping3 进程：

bash 复制代码

pkill -f iperf3
pkill -f hping3

移除网络延迟和丢包模拟规则：

bash 复制代码

tc qdisc del dev eth0 root

确认网络流量恢复正常，延迟和丢包率回到基线水平，TCP 连接数回落。

5.3 查看网络延迟与丢包率

使用 ping 命令可以快速查看网络延迟和丢包率。持续发送 100 个数据包并统计结果：

bash 复制代码

ping -c 100 192.168.1.100

输出中的 time 字段表示往返延迟，packet loss 字段表示丢包率。在 iperf3 压测期间执行 ping，可以对比观察网络拥塞对延迟和丢包的影响。

5.4 查看 TCP 连接数

使用 ss 命令可以查看当前系统的 TCP 连接状态和数量。统计所有 TCP 连接数：

bash 复制代码

ss -s

查看处于 ESTABLISHED 状态的连接数：

bash 复制代码

ss -t state established | wc -l

也可以按连接状态分类统计，观察 SYN-SENT、TIME-WAIT 等状态的连接数量：

bash 复制代码

ss -tan | awk '{print $1}' | sort | uniq -c

在 iperf3 压测期间，TCP 连接数和各状态数量会明显上升，可用于验证系统在高并发连接下的表现。

5.5 恢复与清理

测试完成后，停止 iperf3 服务端和客户端进程：

bash 复制代码

pkill -f iperf3

确认网络流量恢复正常，延迟和丢包率回到基线水平，TCP 连接数回落。

5. 总结

本文介绍了在 Linux 环境下模拟资源紧缺的完整方法：使用 stress 模拟 CPU 和内存压力，使用 fallocate 模拟磁盘占用，通过临时调低 fs.file-max 并运行 Python 脚本模拟文件描述符资源紧缺。这些方法可以帮助运维人员验证系统在资源受限情况下的行为，为容量规划和故障演练提供依据。测试完成后务必恢复原始配置，避免影响生产环境。

Linux 资源紧缺模拟：CPU、内存、磁盘与文件描述符压力测试

1. 引言

2. 模拟 CPU 与内存压力

3. 模拟磁盘占用

4. 模拟文件描述符资源紧缺

4.1 备份原始文件描述符上限

4.2 临时调低文件描述符上限

4.3 运行消耗脚本

4.4 验证文件描述符使用率

4.5 恢复文件描述符上限

5. 模拟网络流量与连接资源紧缺

5.1 使用 iperf3 模拟网络流量激增

5.2 模拟磁盘读写压力

用fio命令

用 timeout 强制限时（最简洁）

用 while 循环控制时长（更灵活）

5.3 模拟网络延迟与丢包

iptable方式

tc方式

加规则，并让它在 300 秒（5 分钟）后自动删除

只对目标 IP 10.11.55.83 生效

5.4 模拟 TCP 连接数激增

5.5 恢复与清理

5.3 查看网络延迟与丢包率

5.4 查看 TCP 连接数

5.5 恢复与清理

5. 总结

用 `timeout` 强制限时（最简洁）

用 `while` 循环控制时长（更灵活）