Linux内核中的IO调度

Linux内核2.6开始引入了全新的IO调度子系统。Linux内核提供了CFQ(默认), deadline和noop三种IO调度器。本文首先介绍三种IO调度器各自的特点和应用场景，之后会介绍Linux内核提供的为每一个块设备指定IO调度器和调整IO调度器参数的接口。

1. CFQ(Complete Fair Queuing)完全公平的排队

CFQ实现了一种QoS的IO调度算法。该算法为每一个进程分配一个时间窗口，在该时间窗口内，允许进程发出IO请求。通过时间窗口在不同进程间的移动，保证了对于所有进程而言都有公平的发出IO请求的机会。同时CFQ也实现了进程的优先级控制，可保证高优先级进程可以获得更长的时间窗口。

CFQ适用于系统中存在多任务I/O请求的情况，通过在多进程中轮换，保证了系统I/O请求整体的低延迟。但是，对于只有少数进程存在大量密集的I/O请求的情况，会出现明显的I/O性能下降。

Linux系统中可以通过cat /sys/block/.../queue/scheduler进行查看。

root@src-yinzh:~$cat /sys/block/sda/queue/scheduler

noop deadline [cfq]

可以使用echo 调度算法 >/sys/block/磁盘名/queue/scheduler进行修改磁盘IO调度算法时。

root@src-yinzh:~$echo "noop" > /sys/block/sda/queue/scheduler

root@src-yinzh:~$cat /sys/block/sda/queue/scheduler

[noop] deadline cfq

1. CFQ调度器主要提供如下参数

root@src-yinzh:~$ls /sys/block/sda/queue/iosched/

back_seek_max fifo_expire_async group_idle quantum slice_async_rq slice_sync

back_seek_penalty fifo_expire_sync low_latency slice_async slice_idle

slice_idle:如果一个进程在自己的时间窗口里，经过slice_idle时间都没有发射I/O请求，则调度选择下一个程序。

Quantum:该参数控制在一个时间窗口内可以发射的I/O请求的最大数目。

low_latency:对于I/O请求延时非常重要的任务，可以打开低延迟模式来降低I/O请求的延时。

2. NOOP调度算法

NOOP调度器十分简单，其只拥有一个等待队列，每当来一个新的请求，仅仅是按先来先处理的思路将请求插入到等待队列的尾部。

其应用环境主要有以下两种：一是物理设备中包含了自己的I/O调度程序，比如SCSI的TCQ；二是寻道时间可以忽略不计的设备，比如SSD等。

3. DEADLINE调度算法

DEADLINE调度算法主要针对I/O请求的延时而设计，每个I/O请求都被附加一个最后执行期限。该算法维护两类队列，一是按照扇区排序的读写请求队列；二是按照过期时间排序的读写请求队列。如果当前没有I/O请求过期，则会按照扇区顺序执行I/O请求；如果发现过期的I/O请求，则会处理按照过期时间排序的队列，直到所有过期请求都被发射为止。在处理请求时，该算法会优先考虑读请求。

当系统中存在的I/O请求进程数量比较少时，与CFQ算法相比，DEADLINE算法可以提供较高的I/O吞吐率。

1. DEADLINE调度算法提供如下参数

root@src-yinzh:~$ls /sys/block/sda/queue/iosched/

fifo_batch front_merges read_expire write_expire writes_starved

writes_starved:该参数控制当读写队列均不为空时，发射多少个读请求后，允许发射写请求。

read_expire:参数控制读请求的过期时间，单位毫秒。

write_expire:参数控制写请求的过期时间，单位毫秒。