IO scheduler

  在LINUX 2.6中,有四种关于IO的调度算法,下面综合小结一下: 

1) NOOP 
NOOP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的基础上还做了相邻IO请求的合并，并不是完完全全按照先进先出的规则满足IO请求。NOOP假定I/O请求由驱动程序或者设备做了优化或者重排了顺序(就像一个智能控制器完成的工作那样)。在有些SAN环境下，这个选择可能是最好选择。Noop 对于 IO 不那么操心，对所有的 IO请求都用 FIFO 队列形式处理，默认认为 IO 不会存在性能问题。这也使得 CPU 也不用那么操心。当然，对于复杂一点的应用类型，使用这个调度器，用户自己就会非常操心。 



2) Deadline scheduler 
  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。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。 
  

3) Anticipatory scheduler 
  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 
   Anticipatory scheduler（as) 曾经一度是 Linux 2.6 Kernel 的 IO scheduler 。Anticipatory 的中文含义是”预料的, 预想的”, 这个词的确揭示了这个算法的特点，简单的说，有个 IO 发生的时候，如果又有进程请求 IO 操作，则将产生一个默认的 6 毫秒猜测时间，猜测下一个 进程请求 IO 是要干什么的。这对于随即读取会造成比较大的延时，对数据库应用很糟糕，而对于 Web Server 等则会表现的不错。这个算法也可以简单理解为面向低速磁盘的，因为那个”猜测”实际上的目的是为了减少磁头移动时间。 

4）CFQ 
  CFQ算法的全写为Completely Fair Queuing。该算法的特点是按照IO请求的地址进行排序，而不是按照先来后到的顺序来进行响应。 
   在传统的SAS盘上，磁盘寻道花去了绝大多数的IO响应时间。CFQ的出发点是对IO地址进行排序，以尽量少的磁盘旋转次数来满足尽可能多的IO请求。在CFQ算法下，SAS盘的吞吐量大大提高了。但是相比于NOOP的缺点是，先来的IO请求并不一定能被满足，可能会出现饿死的情况。 
   Completely Fair Queuing （cfq, 完全公平队列) 在 2.6.18 取代了 Anticipatory scheduler 成为 Linux Kernel 默认的 IO scheduler 。cfq 对每个进程维护一个 IO 队列，各个进程发来的 IO 请求会被 cfq 以轮循方式处理。也就是对每一个 IO 请求都是公平的。这使得 cfq 很适合离散读的应用(eg: OLTP DB)。我所知道的企业级 Linux 发行版中，SuSE Linux 好像是最先默认用 cfq 的. 

查看和修改IO调度器的算法非常简单。假设我们要对sda进行操作，如下所示： 
cat /sys/block/sda/queue/scheduler 
echo “cfq” > /sys/block/sda/queue/scheduler 

总结: 
  1 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。 

  2 对于数据库应用, Anticipatory Scheduler 的表现是最差的。Deadline 在 DSS 环境表现比 cfq 更好一点，而 cfq 综合来看表现更好一些。这也难怪 RHEL 4 默认的 IO 调度器设置为 cfq. 而 RHEL 4 比 RHEL 3，整体 IO 改进还是不小的。