Linux内核IO调度层详解
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"Linux.Kernel.IO.Scheduler.pdf" Linux内核的IO调度层是操作系统核心的重要组成部分,它负责管理和优化磁盘和其他块设备的输入/输出(I/O)操作。这个调度层确保数据读写操作的有效性和高效性,通过不同的调度算法来平衡不同任务的I/O需求。 1. **概述** Linux内核的I/O调度层主要处理来自文件系统或其他进程的I/O请求,它的目标是优化I/O性能和响应时间。调度层在VFS(虚拟文件系统)和块设备驱动之间起到中介作用,协调数据传输并避免不必要的等待。 2. **请求和请求队列** - **请求队列(request_queue)**:每个块设备都有一个请求队列,用于存储待处理的I/O请求。请求队列是调度层的核心数据结构,它管理I/O请求的顺序和优先级。 - **请求(request)**:请求包含关于I/O操作的信息,如数据的起始位置、长度和类型(读或写)。它们被组织在请求队列中,等待被调度执行。 3. **调度器操作方法** 调度器提供了多种操作方法,如添加新请求、处理请求队列的阻塞和唤醒等。这些方法是调度算法实现的基础。 4. **I/O调度器** - **工作原理**:调度器根据预定义的策略决定哪些请求应该先被执行,以减少延迟或提高吞吐量。 - **调度算法**: - **CFQ( Completely Fair Queuing)**:旨在为每个进程提供公平的I/O时间片,适用于多用户环境。 - **Deadline**:保证I/O请求的最晚完成时间,适合实时应用。 - **选择**:内核可以根据设备类型和系统配置动态选择合适的调度器。 5. **发送请求到I/O调度器** 这一过程包括`__make_request()`创建请求、`__elv_add_request()`将请求加入队列、`__blk_run_queue()`启动调度执行以及`request_fn`驱动服务例程处理请求。 6. **plug与unplug设备** 这是用于控制I/O请求提交的机制,`blk_plug_device()`和`blk_remove_plug()`用于阻止和允许新的请求进入队列,以避免不必要的调度开销。 7. **块设备请求队列拥塞的处理** 当设备忙于处理请求时,内核会处理队列拥塞,以防止过度加载设备。 8. **常见问题** - **SSD是否经过I/O调度层?**:通常,SSD(固态硬盘)由于其高速特性,可能不经过完整的调度层,但某些优化仍然适用。 - **I/O请求是否立即执行?**:不是所有请求都会立即执行,它们会被调度器根据策略排序和处理。 I/O调度层的设计和选择对系统的整体性能有着显著影响,特别是对于大数据处理、数据库系统和高并发环境。理解和调整调度器的行为可以优化系统的响应时间和资源利用率。
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