linux I/O排程層總結

現代計算機體系中，機械磁盤是主要儲存設備。機械磁盤的通路是瓶頸，主要因為尋道時間長。是以作業系統會根據尋道進行一定優化，在linux系統彙總，i/o排程層就做這個處理的。

因為i/o時間主要花費在尋道上，是以盡量減少尋道時間。通過合并i/o請求和i/o排程算法。

合并i/o請求：merge操作，如果多個i/o在同一個sector中，或者是相鄰sector。把多個請求合并為同一個或一個相鄰的sectors的請求。減少尋道指令。

 i/o排程算法：通過算法減少機械臂轉動。

尋道操作類似于升降電梯，是以最初的算法就是被稱作電梯算法也叫掃描(scan)算法。下列實際應用的算法中deadline scheduler和anticipatory scheduler使用了電梯算法為基礎，根據某些任務情況作一定調整。

早期linux的i/o排程算法，包括merge和電梯尋道。

特點：類比電梯運作，也就是順向截車的原則。即機械臂一定向相同方向掃描完所有請求的磁道，再換個方向運作，反複循環。

優點：減少尋道時間。

缺點：沒有處理請求饑餓，如果某個磁道中一直有請求占用着，會影響某些請求及時響應。

為了解決linus電梯中請求饑餓的問題，産生了deadline scheduler算法。

特點：繼承linus電梯的辦法，增加了特殊情況的處理。即增加了讀請求隊列和寫請求隊列的帶逾時fifo隊列，當讀和寫請求的隊列中的請求逾時，會優先處理這些請求，減緩請求饑餓的情況，讀請求優先級高于寫請求。

優點：緩解請求饑餓情況。

缺點：犧牲一些全局吞吐量。

在deadline scheduler基礎上優化了順序請求的情況。

特點：繼承deadline scheduler算法，在處理完一個i/o請求之後會等待6ms（預設），如果此時有目前扇區相鄰的請求，則直接處理這個請求。等待時間結束後才會去處理原本的下一個請求。

優點：當系統大量存在順序請求時，節約大量的尋道時間。

缺點：每次i/o完成後，都需要6ms的延時。

完全公平隊列算法，目前linux系統預設排程算法

特點：按照優先級分組，優先處理高優先級。主要算法為時間片輪片。類似分時作業系統的程序排程。

優點：高優先級的響應及時，也不會産生通路餓死情況。

無操作排程算法，就是什麼都不操作，除了merge操作。

特點：低cpu使用率。因為沒啥算法。适合于無尋道的儲存設備，比如ssd，flash等。

優點：适合随機通路。

<code>1</code>

<code>dmesg|</code><code>grep</code> <code>-i scheduler  </code><code>#檢視系統支援的排程算法</code>

<code>2</code>

<code>cat</code> <code>/sys/block/</code><code>&lt;dev&gt;</code><code>/queue/scheduler</code>     <code>#檢視磁盤的目前排程算法</code>

<code>3</code>

<code>echo</code> <code>排程算法名稱 &gt; </code><code>/sys/block/</code><code>&lt;dev&gt;</code><code>/queue/scheduler</code>

固态硬碟發展讓noop成為未來趨勢。

機械硬碟時期，電梯算法有着最好的尋道，但任務總歸有一定優先級的，是以單純的電梯算法并不适用。

目前預設的cfq算法采用了時間片輪訓，類似于程序排程。相比之下，程序排程的算法比i/o排程算法要複雜些，但看得出目前主流都是使用了時間片輪詢。