IO调度算法研究1

　　linux kernel 2.6之后提供了四种IO调度算法，每种调度算法都有其不同的特点和应用场景，系统使用者可以通过系统提供的接口，选择使用哪种IO调度算法，以及调整IO调度算法的参数，以达到最优的系统性能。本文总结四种IO调度算法的特点、应用场景、系统提供的控制接口。

四种调度算法介绍：

1、CFQ（Complete Fair Queuing）

　　该算法为每一个进程分配一个时间窗口，在该时间窗口内，允许进程发射IO请求。通过时间窗口在不同进程间的移动，保证了对于所有进程而言都有公平的发射IO请求的权利。

　　适用于系统中存在多任务I/O请求的情况，通过在多进程中轮换，保证了系统I/O请求整体的低延迟。但是，对于只有少数进程存在大量密集的I/O请求的情况，则会出现明显的I/O性能下降。

　　2个主要优化参数：

      1.1、slice_idle

如果一个进程在自己的时间窗口里，经过slice_idle时间都没有发射I/O请求，则调度选择下一个程序。通过该机制，可以有效利用I/O请求的局部性原理，提高系统的I/O吞吐量。

　　1.2、quantum

该参数控制在一个时间窗口内可以发射的I/O请求的最大数目。

2、NOOP

　　NOOP调度器并不完成任何复杂的工作，只是将上层发来的I/O请求直接发送至下层，实现了一个FIFO的I/O请求队列。

　　应用环境主要有以下两种：一是物理设备包含自己的I/O调度程序，比如SCSI的TCQ；二是寻道时间可以忽略不计的设备，比如SSD等。、

3、DEADLINE

　　主要针对I/O请求的延时而设计，每个I/O请求都被附加一个最后执行期限。该算法维护两类队列，一是按照扇区排序的读写请求队列；二是按照过期时间排序的读写请求队列。如果当前没有I/O请求过期，则会按照扇区顺序执行I/O请求；如果发现过期的I/O请求，则会处理按照过期时间排序的队列，直到所有过期请求都被发射为止。在处理请求时，该算法会优先考虑读请求。

　　当系统中存在的I/O请求进程比较少时，与CFQ算法相比，DEADLINE算法可以提供较高的I/O吞吐率，特别是对于使用了自带I/O请求队列的设备，如SCSI的TCQ的时候。另外可以通过调整参数，尽可能的降低读IO的延迟，对于读IO延迟要求较低的应用，可以考虑使用这种IO调度器。

　　3个主要优化参数：

　　3.1、writes_starved

该参数控制当读写队列均不为空时，发射多少个读请求后，允许发射写请求。

　　3.2、read_expire

参数控制读请求的过期时间，单位毫秒。

　　3.3、write_expire

参数控制写请求的过期时间，单位毫秒。

　4、Anticipatory

　　DeadLine解决了饥饿问题，但是降低了全局吞吐量，当系统大量存在顺序请求时，可能导致请求无法被很好地排序，引发频繁寻道。

      Anticipatory是基于预测的I/O算法，大体上它和DeadLine很类似，也维护了三个请求队列。区别在于，当它处理完一个I/O请求以后并不会直接返回处理下一个请求，而是会等待片刻，默认为6ms。如果这时候有新来的针对当前扇区相邻扇区的请求，那么会直接处理它，当等待时间结束后，调度器才返回处理下一个队列请求。Anticipatory适用于大文件读IO优先的应用。

为块I/O设备设置I/O调度算法的方法

1、挂在sysfs文件系统

mount -t sysfs sysfs /sys

　将sysfs文件系统挂在到/sys目录下。

2、修改块设备的IO调度算法以及调整相关参数

[root@12008459A sys]# cat /sys/block/sda/queue/scheduler 
noop [anticipatory] deadline cfq 
[root@12008459A sys]# echo cfq >/sys/block/sda/queue/scheduler 
[root@12008459A sys]# cat /sys/block/sda/queue/scheduler 
noop anticipatory deadline [cfq] 

　调度算法相关的参数调整 接口文件在 /sys/block/sda/queue/iosched目录下。另外贴一张引用的linux IO子系统结构图：

1、http://blog.yufeng.info/archives/751