IO调度算法的理解（转载）

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（电梯式调度程序）
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倾向饿死读而利于写：原因：写请求通过文件系统cache，不需要等一次写完，就可以开始下一次写操作，写请求合并，堆积到I/O队列中；读请求需要等到他前面所有读操作完成，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。

NOOP对于闪存设备，RAM，嵌入式系统是最好的选择

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（完全公平排队I/O调度程序）
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。

CFQ试图均匀的分布对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。

CFQ对于多媒体应用（video，audio）和桌面系统是最好的选择。

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，个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很好的分到I/O带宽。I/O调度器每次执行一个进程的4次请求。

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截止时间调度程序）
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，确保一个截止时间（可调整）内服务请求。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（默认读期限短于写期限）。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

Deandline对数据库环境（oracle rac，mysql等）是最好的选择。

 

4、ANTICIPATORY SCHEDULER（anticipatory scheduler预先I/O调度程序）
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适合于写入较多的环境，比如文件服务器，对数据库环境的表现很差。

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