六种磁盘调度算法的原理（谈谈这4种磁盘IO调度算法--CFQ）

忙族 2023-06-18 05:29:05 619

六种磁盘调度算法的原理（谈谈这4种磁盘IO调度算法--CFQ）在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也是最好的选择。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。4)内核必须首先确定队列中一共有多少个请求然后才开始进行调度.1)当向设备写入数据块或是从设备读出数据块时请求都被安置在一个队列中等待完成.2)每个块设备都有它自己的队列.3)I/O调度程序负责维护这些队列的顺序以更有效地利用介质.I/O调度程序将无序的I/O操作变为有序的I/O操作.

概述

今天主要分享下磁盘IO调度算法虽然对于我们平时只需要设置Deadline就行了，不过了解下它的4种算法也还是不错的。

I/O 调度算法

I/O 调度算法在各个进程竞争磁盘I/O的时候担当了裁判的角色。他要求请求的次序和时机做最优化的处理，以求得尽可能最好的整体I/O性能。

六种磁盘调度算法的原理（谈谈这4种磁盘IO调度算法--CFQ）(1)

Linux 4.0 IO协议栈框架图

I/O调度程序的总结:

1)当向设备写入数据块或是从设备读出数据块时请求都被安置在一个队列中等待完成.

2)每个块设备都有它自己的队列.

3)I/O调度程序负责维护这些队列的顺序以更有效地利用介质.I/O调度程序将无序的I/O操作变为有序的I/O操作.

4)内核必须首先确定队列中一共有多少个请求然后才开始进行调度.

I/O调度的4种算法CFQ(完全公平排队I/O调度程序)

在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 对于通用的服务器也是最好的选择。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.

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

NOOP(电梯式调度程序)

在Linux2.4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对于I/O不那么操心，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。这也使得CPU也不用那么操心。它像电梯的工作主法一样对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.

Deadline(截止时间调度程序)

通过时间以及硬盘区域进行分类这个分类和合并要求类似于noop的调度程序.

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 RAC 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，无疑在这里无法区分进程，也就不能实现针对进程的io资源控制。

AS(预料I/O调度程序)

本质上与Deadline一样但在最后一次读操作后要等待6ms 才能继续进行对其它I/O请求进行调度.可以从应用程序中预订一个新的读请求改进读操作的执行但以一些写操作为代价.它会在每个6ms中插入新的I/O操作而会将一些小写入流合并成一个大写入流用写入延时换取最大的写入吞吐量.

AS适合于写入较多的环境比如文件服务器，AS对数据库环境表现很差.

I/O调度方法的查看与设置

1)查看当前系统的I/O调度方法:

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

noop anticipatory deadline [cfq]

2)临地更改I/O调度方法:

例如:想更改到noop电梯调度算法:

echo noop > /sys/block/sda/queue/scheduler

六种磁盘调度算法的原理（谈谈这4种磁盘IO调度算法--CFQ）(2)