IO调度器原理介绍

IO调度器（IO Scheduler）是操作系统用来决定块设备上IO操作提交顺序的方法。存在的目的有两个，一是提高IO吞吐量，二是降低IO响应时间。然而IO吞吐量和IO响应时间往往是矛盾的，为了尽量平衡这两者，IO调度器提供了多种调度算法来适应不同的IO请求场景。其中，对数据库这种随机读写的场景最有利的算法是DEANLINE。接着我们按照从简单到复杂的顺序，迅速扫一下Linux 2.6内核提供的几种IO调度算法。

 

1、NOOP

NOOP(No Operation)算法的全写为No Operation。该算法实现了最最简单的FIFO队列，所有IO请求大致按照先来后到的顺序进行操作。之所以说“大致”，原因是NOOP在FIFO的基础上还做了简单的相邻IO请求的合并（注意只是做简单的合并，关键在于简单），并不是完完全全按照先进先出的规则满足IO请求。

 

2、CFQ

CFQ(Completely Fair Queuing)把进程当成了基本的调度单位，也就是说各个请求现在都是属于进程的，CFQ调度的是进程，当选择了某个进程的时候，他的请求才能够被发送到设备，否则只能在自己的队列里面待着(说进程可能不太准确，这个实际上是一个task_struct里面有一个，所以可能说内核线程更准确一些，各位看官有印象就好了，下面我就不区分了）。

• 优先级：进程被分成不同的类别，而且又有不同的优先级，具体的分类有点复杂，建议有兴趣的看看man ionice(不知道Jens Axboe同学当时为啥要分的如此细)。
• 时间片：时间片是CFQ分给每个进程的基本单位，当CFQ选择了一个进程开始服务的时候，一般情况下他会给这个进程足够长的时间（slice_sync)发送请求，当该进程暂时没有请求的时候，会等待一段时间(slice_idle)，这样如果他又发送新的顺序请求，就避免了不必要的磁盘seek（其实这个对SSD恰恰是有一定的副作用的，在后面的博文中会详细分析），然后再选择另外一个进程服务。当然如果有优先级高的进程，可以中断当前的进程，选择那个进程开始服务。
• 带宽控制：可能这里的带宽的定义比较含糊，其实准确的来说，目前CFQ是通过时间片来控制的，所以通过给各个进程分配不同的时间片，CFQ期待能够尽量保持各个进程的带宽比例，并假设IOPS或者带宽能够和时间片线性相关。

 

3、DEADLINE

DEADLINE在CFQ的基础上，解决了IO请求饿死的极端情况。除了CFQ本身具有的IO排序队列之外，DEADLINE额外分别为读IO和写IO提供了FIFO队列。读FIFO队列的最大等待时间为500ms，写FIFO队列的最大等待时间为5s（当然这些参数都是可以手动设置的）。FIFO队列内的IO请求优先级要比CFQ队列中的高，，而读FIFO队列的优先级又比写FIFO队列的优先级高。优先级可以表示如下：

FIFO(Read) > FIFO(Write) > CFQ

deadline 算法保证对于既定的 IO 请求以最小的延迟时间，从这一点理解，对于 DSS 应用应该会是很适合的。

 

4、ANTICIPATORY

CFQ和DEADLINE考虑的焦点在于满足零散IO请求上。对于连续的IO请求，比如顺序读，并没有做优化。为了满足随机IO和顺序IO混合的场景，Linux还支持ANTICIPATORY调度算法。ANTICIPATORY的在DEADLINE的基础上，为每个读IO都设置了6ms的等待时间窗口。如果在这6ms内OS收到了相邻位置的读IO请求，就可以立即满足。

 

IO调度器算法的选择，既取决于硬件特征，也取决于应用场景。

在传统的SAS盘上，CFQ、DEADLINE、ANTICIPATORY都是不错的选择；对于专属的数据库服务器，DEADLINE的吞吐量和响应时间都表现良好。然而在新兴的固态硬盘比如SSD、Fusion IO上，最简单的NOOP反而可能是最好的算法，因为其他三个算法的优化是基于缩短寻道时间的，而固态硬盘没有所谓的寻道时间且IO响应时间非常短。

 

查看和修改IO调度器的算法非常简单。如下所示：

Task: View Current Disk scheduler

 

Assuming that your disk name /dev/sda, type:

# cat /sys/block/{DEVICE-NAME}/queue/scheduler

# cat /sys/block/sda/queue/scheduler

Sample output:

 

noop anticipatory deadline [cfq]

Task: Set I/O Scheduler For A Hard Disk

 

To set a specific scheduler, simply type the command as follows:

# echo {SCHEDULER-NAME} > /sys/block/{DEVICE-NAME}/queue/scheduler

For example, set noop scheduler, enter:

# echo noop > /sys/block/hda/queue/scheduler