Linux I/O Scheduler Share

1. Linux I/O Scheduler
沐剑

2. 访问磁盘的过程

3. 访问磁盘的过程
Typical HDD figures
• 寻道时间
HDD Average
Server: 3ms Spindle rotational
Common: 10ms [rpm] latency [ms]
4,200 7.14
• 旋转延迟
5,400 5.56
平均半圈
7,200 4.17
10,000 3.00
15,000 2.00
• 存取时间=平均寻道时间+平均旋转延迟
• 数据读取时间
<1ms，忽略丌计
• 影响IOPS的主要因素：寻道时间

4. SATA II SAS
7200 RPM IOPS: ~90 15K RPM IOPS: ~180

5. SATA II
Intel X25-M IOPS: ~8600

6. 访问磁盘的过程
• 如何让磁盘读写更快
减少寻道时间（避免磁头移动开销）
让磁头旋转一圈读写更多相邻扇区的数据（顺序读写）

7. 扇区
• 操作系统视角
逻辑块序列
• 硬件视角
物理扇区
• 磁盘控制器
映射「逻辑块」->实际物理扇区

8. 读取一个扇区
• CPU->磁盘控制器
读某个逻辑块号
• 磁盘控制器
快速表搜索
逻辑块号->（盘面，磁道，扇区）三元组，唯一标示物理扇区
• 机械移动（寻道、旋转）
• 拷贝主存

9. • I/O调度器的层级结构

10. I/O子系统

11. Block I/O Layer

12. I/O调度器
• 目标
减少寻道时间，让旋转一圈读取更多扇区
• 任务
1、管理块设备请求队列
2、分配I/O资源给请求
• 做法
合并 + 排序

13. 合并
• 同一或多个相邻扇区的请求 —— 合并 ——> 一次I/O
• 一次I/O对应一条寻址指令
• 减少系统开销和寻址次数

14. 排序
• I/O请求按照扇区增长排列
• Sorted Queue

15. • 几种I/O调度器

16. Linus电梯
• 简单的合并+排序
• 避免请求饥饿
梱测到队列中有长期没有被处理的请求，那么就暂时中止插入
• 缺点
I/O调度器并没有真正去处理饥饿请求，而是采取了一种间接的方式，所以很
有可能饥饿的请求依旧饥饿，并没有解决实质问题

17. Deadline
• 带超时的调度算法
• 3个I/O Queue
Read Queue(default timeout: 500ms) FIFO
Write Queue(default timeout: 5000ms) FIFO
Sorted Queue
• 缺点
当系统存在大量顺序请求时，可能导致请求无法被很好地排序，引发频繁寻
道，比较适合随机访问多、时效性高的场景

18. Deadline
• 权衡了全局吞吐量和系统延迟
• 请求同时插入Read/Write Queue和Sorted Queue
• writes_starved
避免写饥饿，当写饥饿次数达到writes_starved，写请求会被立即处理

19. Anticipatory (AS)
• 2.6.18之前默认的I/O调度器
基于预测算法
主要是为了解决Deceptive idleness问题
• 处理完一个请求，丌直接处理下一个请求，而是针对上一个请求的进程等待
片刻，如果该进程发出一个不当前扇区相同或相邻扇区的请求，则优先处理
• 默认等待6ms
• 如果系统存在大量相邻扇区请求，性能会很好

20. CFQ
• 2.6.18之后默认的I/O调度器
每个提交I/O请求的进程都有一个自己单独的Sorted Queue
• 在一个时间片中，CFQ调度器选择一个进程，处理其I/O队列
• 丌是简单的轮询，基于红黑树选择进程（进程优先级）
• 特点是保证各个进程的I/O请求能被均衡处理
• 也有类似AS的等待机制
• QUEUE_FLAG_NONROT

21. NOOP
• 面向随机访问设备（例如SSD）
• 我们只做合并，元芳，你怎么看？
• 对于SSD
选择NOOP还是Deadline？
Deadline平衡读写比例

22. Benchmark
Red Hat Enterprise Linux 4 I/O schedulers vs. Red Hat Enterprise Linux 3
for database Oracle 10G oltp/dss (relative performance)

23. 谢谢！