### 在Linux系统中IO调度的选择
#### I/O调度概述
在Linux系统中，I/O调度算法扮演着极其重要的角色，特别是在多个进程同时竞争磁盘I/O资源时。它负责优化请求的顺序和时机，以达到最佳的整体I/O性能。本文将详细介绍四种主要的I/O调度算法：Completely Fair Queuing (CFQ)、Deadline、NOOP以及Anticipatory，并探讨它们的工作原理、适用场景及如何在系统中进行配置。
#### 1. Completely Fair Queuing (CFQ)
**概述：**
CFQ是一种完全公平的排队机制，它是Linux系统中的默认I/O调度算法。该算法旨在均匀地分配I/O带宽，确保所有进程都能得到公平的服务机会。这不仅适用于一般的服务器环境，还特别适用于需要实时音频或视频流的应用场景，因为它能够保证这类应用及时获取所需的磁盘数据。
**工作原理：**
- **进程管理：** 每个进程都有一个独立的队列，其中包含其发出的所有I/O请求。
- **合并与排序：** 这些队列中的请求会被合并并根据一定的规则进行排序，以便更高效地处理。
- **调度策略：** CFQ采用轮询的方式调度这些队列，每次处理一个进程的前四个请求。
**配置参数：**
- **queued** 和 **quantum** 可以被调整以优化调度效果。
#### 2. Deadline
**概述：**
Deadline调度算法的目标是最小化每次请求的延迟。它通过重新排序请求来提高性能，特别是针对那些需要较低延迟的应用场景。此算法非常适合处理小文件或读取较多的环境（如数据库服务器）。
**工作原理：**
- **过期处理：** 通过设置read_expire和write_expire两个参数，可以控制在一定时间内必须完成读取或写入操作，超时则放弃排序，以确保数据的及时性。
- **合并策略：** 可以启用front_merges选项来合并邻近的文件块，进一步提高效率。
**配置参数：**
- **read_expire** 和 **write_expire** 用于控制请求的过期时间。
#### 3. NOOP
**概述：**
NOOP（无操作）是一种较为简单的I/O调度算法，它假定I/O请求可以被硬件有效地处理。该算法主要用于那些对I/O性能没有特别要求的场景，如RAMdisk和具有TCQ（Tagged Command Queuing）功能的磁盘等。
**工作原理：**
- **队列管理：** I/O请求被放置在一个简单的FIFO队列中，由硬件负责后续的优化处理。
- **优化功能：** 现代磁盘控制器通过TCQ技术自动对请求进行排序，以减少磁头移动距离。
**应用场景：**
- 对于那些对I/O性能要求不高的系统或者特定类型的硬件设备。
**配置参数：**
- 通常不需要特殊配置，但在某些情况下，可以通过调整队列长度来优化性能。
#### 4. Anticipatory (AS)
**概述：**
Anticipatory调度算法曾是Linux 2.6内核的标准I/O调度器。它通过对即将发生的I/O操作进行预测，从而减少磁头移动时间，特别适合顺序读写的场景。
**工作原理：**
- **预测机制：** 当检测到I/O操作时，系统会等待一段短暂的时间（默认为6毫秒），预测下一个可能的I/O操作，以此来减少磁头的移动距离。
- **优化参数：** 可以通过调整antic_expire、read_expire和write_expire等参数来优化性能。
**应用场景：**
- 适用于Web服务器等需要频繁进行小文件读写的场景。
**配置参数：**
- **antic_expire**、**read_expire** 和 **write_expire** 用于调整预测时间和过期时间。
#### 查看和设置I/O调度方法
**查看当前调度算法：**
```sh
cat /sys/block/{DEVICE-NAME}/queue/scheduler
```
**设置新的调度算法：**
```sh
echo {SCHEDULER-NAME} > /sys/block/{DEVICE-NAME}/queue/scheduler
```
例如，要将磁盘hda的I/O调度算法设置为NOOP，命令如下：
```sh
echo noop > /sys/block/hda/queue/scheduler
```
### 总结
选择合适的I/O调度算法对于提升Linux系统的整体性能至关重要。不同的算法适用于不同的应用场景。CFQ适用于大多数通用服务器环境；Deadline适用于需要最小延迟的场景；NOOP适用于对I/O性能要求不高的系统；而Anticipatory则适用于需要频繁进行小文件读写的场景。通过合理配置这些算法，可以显著提高系统的响应速度和吞吐量。
