Linux IO调度器相关算法介绍

On 2011年10月14日, in linux, by netoearth

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。

假设有如下的io请求序列:

100,500,101,10,56,1000

NOOP将会按照如下顺序满足:

100(101),500,10,56,1000

2、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。

假设有如下的io请求序列:

100,500,101,10,56,1000

CFQ将会按照如下顺序满足:

100,101,500,1000,10,56

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。

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。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

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。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
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