Linux.Kernel.IO.Scheduler.pdf
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在Linux操作系统中,I/O调度层是内核的一个重要组成部分,它负责管理对块设备的I/O请求。块设备包括硬盘驱动器、固态驱动器(SSD)等存储介质。Linux内核通过I/O调度层将I/O请求排序、合并,并使用不同的调度算法来优化存储设备的性能。在讨论的文件中,“Linux.Kernel.IO.Scheduler.pdf”详细介绍了Linux内核中IO调度层的相关知识点,包括请求队列、调度器操作、I/O调度器的工作原理、调度算法、请求队列的管理和处理,以及与块设备驱动的交互等。 1. Linux内核I/O调度层概述 Linux内核I/O调度层位于通用块设备层之下,负责接收来自通用块设备层的I/O请求,并根据内核的调度策略对请求进行排序、合并等操作。这一层可以显著影响系统的I/O性能,特别是对于磁盘这种机械式存储设备。I/O调度层的最终目的是减少磁头移动次数、提高数据传输效率、降低I/O响应时间。 2. 请求和请求队列 在块设备上进行读写操作时,内核会创建块设备请求,这些请求会暂时存放在请求队列中。请求队列是一个数据结构,用于存储I/O请求。它使得内核可以将多个请求合并在一次磁盘操作中执行,从而提高效率。请求队列由多个请求(request)组成,每个请求描述了需要读写的扇区范围和操作类型(读或写)。I/O操作并非总是立即执行,内核会根据调度策略决定何时执行这些请求。 3. I/O调度器的工作 I/O调度器的主要任务是对块设备请求队列中的请求进行管理和调度。它采用不同的调度算法,如CFQ(Completely Fair Queuing,完全公平队列)调度器和Deadline调度器,来决定请求执行的顺序。CFQ调度器旨在为每个进程提供等量的I/O时间,而Deadline调度器则保证数据能够在特定的截止时间之前被传输。这些调度算法可以根据具体应用场景和存储设备的特性进行选择。 4. 发送请求到I/O调度器 当块设备请求队列准备好后,内核会调用__make_request()函数将请求提交给I/O调度器。调度器会进一步处理这些请求,并可能调用__elv_add_request()将它们添加到特定的队列中。调度器还负责运行请求队列,即__blk_run_queue()函数会启动队列中的请求。而驱动程序中的request_fn()例程则是处理请求队列的回调函数,它负责从队列中取出请求并交给块设备驱动执行。 5. Plug与unplug设备 内核中还提供了plug和unplug机制来进一步优化I/O调度。通过blk_plug_device()和blk_remove_plug()函数可以控制请求队列的“plug”状态,即在一定条件下将多个I/O请求合并为一个操作来执行,以减少上下文切换的开销。 6. 块设备请求队列拥塞的处理 当请求队列中的请求过多导致拥塞时,内核需要对这种状况进行处理。内核可以通过各种策略来解决队列拥塞的问题,比如适当延迟某些请求的处理,或者在队列达到特定阈值时强制刷新队列。 7. 常见问题 文章还讨论了一些关于Linux内核I/O调度层的常见问题,例如SSD是否经过I/O调度层。对于SSD而言,由于其固态的特性,I/O操作几乎没有移动磁头的时间开销,因此可能不需要复杂的I/O调度算法。另外,内核中I/O请求并非放入队列后立即执行,而是由I/O调度器根据优先级和调度策略决定何时执行。 通过对以上内容的学习,我们可以了解到Linux内核I/O调度层的详细工作流程和原理,这对于深入理解Linux内核如何优化块设备的I/O性能是十分重要的。了解这些知识可以帮助我们更好地配置和优化存储设备,进而提高系统的整体性能。












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