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linux中IO调度算法小结

原创 Linux操作系统 作者:jcq0 时间:2011-07-01 16:12:04 0 删除 编辑

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。

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