Linux磁盘IO调度算法

Posted 2022-01-05

A、CFQ（完全公平排队I/O调度程序）

最新的内核版本和发行版中，都选择CFQ做为默认的I/O调度器，对于通用的服务器是最好的选择。

CFQ对于多媒体应用（video，audio）和桌面系统是最好的选择。

CFQ赋予I/O请求一个优先级，而I/O优先级请求独立于进程优先级，高优先级的进程的读写不能自动地继承高的I/O优先级。

对于很多IO压力较大的场景就并不是很适应，尤其是IO压力集中在某些进程上的场景。因为这种场景我们需要更多的满足某个或者某几个进程的IO响应速度，而不是让所有的进程公平的使用IO，比如数据库应用。

CFQ试图均匀地分布对I/O带宽的访问，避免进程被饿死并实现较低的延迟，是deadline和as调度器的折中。

CFQ工作原理：

CFQ为每个进程/线程，单独创建一个队列来管理该进程所产生的请求，也就是说每个进程一个队列，每个队列按照上述规则进行merge和sort。

各队列之间的调度使用时间片来调度，以此来保证每个进程都能被很好的分配到I/O带宽，I/O调度器每次执行一个进程的4次请求。可以调queued和quantum来优化。

B、NOOP（电梯式调度程序）

在Linux 2.4或更早的版本的调度程序，那时只有这一种I/O调度算法，I/O请求被分配到队列，调度由硬件进行，只有当CPU时钟频率比较有限时进行。

Noop对所有的I/O请求都用FIFO队列形式处理，默认认为I/O不会存在性能问题。

CPU像电梯算法一样对I/O请求进行组织，当有一个新的请求到来时，它将请求合并到最近的请求之后，以此来保证请求同一介质。

NOOP倾向饿死读而利于写，NOOP对于闪存设备，RAM，嵌入式系统是最好的选择。

电梯算法饿死读请求的解释：

因为写请求比读请求更容易，写请求通过文件系统cache，不需要等一次写完成，就可以开始下一次写操作，写请求通过合并，堆积到I/O队列中。

读请求需要等到它前面所有的读操作完成，才能进行下一次读操作，在读操作之间有几毫秒时间，而写请求在这之间就到来，饿死了后面的读请求。

C、Deadline（截止时间调度程序）

Deadline确保了在一个截止时间内服务请求，这个截止时间是可调整的，而默认读期限短于写期限，这样就防止了写操作因为不能被读取而饿死的现象。

Deadline对数据库环境（ORACLE、mysql等）是最好的选择。

Deadline实现了四个队列，其中两个分别处理正常read和write，按扇区号排序，进行正常IO的合并处理以提高吞吐量。

因为IO请求可能会集中在某些磁盘位置，这样会导致新来的请求一直被合并，于是可能会有其他磁盘位置的IO请求被饿死。

于是实现了另外两个处理超时read和write的队列，按请求创建时间排序，如果有超时的请求出现，就放进这两个队列，调度算法保证超时（达到最终期限时间）的队列中的请求会优先被处理，防止请求被饿死。

由于Deadline的特点，无法区分进程，也就不能实现针对进程的IO资源控制。

E、总结

1.cfq是一种比较通用的调度算法，是一种以进程为出发点考虑的调度算法，保证尽量公平。

2.deadline是一种以提高机械硬盘吞吐量为思考出发点的调度算法，只有当有IO请求达到最终期限的时候才进行调度，非常适合业务比较单一并且IO压力比较重的业务，比如数据库。

3.noop在固态硬盘这种场景下，使用noop是最好的，deadline次之，而cfq由于复杂度的原因，效率最低。

F、I/O调度方法的查看与设置

#查看操作系统版本

# cat /etc/redhat-release
CentOS Linux release 7.6.1810 (Core)

#查看当前系统的I/O调度方法

# cat /sys/block/sda/queue/scheduler
noop [deadline] cfq

#查看CentOS7下IO支持的调度

# dmesg | grep -i scheduler
[    1.018721] io scheduler noop registered
[    1.018725] io scheduler deadline registered (default)
[    1.018752] io scheduler cfq registered
[    1.018756] io scheduler mq-deadline registered
[    1.018759] io scheduler kyber registered

#临时更改I/O调度方法更改到cfq

# echo cfq > /sys/block/sda/queue/scheduler

#永久更改I/O调度方法
#修改内核引导参数，加入elevator=调度程序名
CentOS7：

# grubby --update-kernel=ALL --args="elevator=deadline"
# reboot
# cat /sys/block/sda/queue/scheduler
noop [deadline] cfq 

CentOS6：

# vim /boot/grub/menu.lst
更改到如下内容:
kernel /boot/vmlinuz-2.6.32-754.9.1.el6.x86_64 ro root=UUID=b7099316-3b2e-41c6-b5a4-1e5da27c8c48  elevator=deadline rhgb quiet