雲端計算學習路線圖素材課件：Linux效能最佳化IO子系統

Linux是一個基於POSIX和Unix的多使用者、多工、支援多執行緒和多CPU的作業系統，具有免費使用和自由傳播的特性。隨著開源軟體的發展以及雲端計算技術的革新，Linux成為雲端計算人才必須要掌握的技能之一。下面給大家分享雲端計算學習路線圖素材課件：Linux效能最佳化IO子系統的內容。

很多同學聽過IO流，即以流的方式進行輸入輸出，其中流是一種抽象的概念，它代表了資料的無結構化傳遞。IO系統，英文全稱為“Input output system”，中文全稱為“輸入輸出系統”，由輸入輸出控制系統和外圍裝置兩部分組成，是計算機系統的重要組成部分。

作為Linux伺服器來講，最大的兩個IO型別是磁碟IO和網路IO。一個完整的IO系統過程如下：

1）一個使用者程式透過write()系統呼叫發起寫請求；

2）核心更新對應的page cache；

3）pdflush核心執行緒將page cache寫入至磁碟中；

4）檔案系統層將每一個block buffer存放為一個bio結構體，並向塊裝置層提交一個寫請求；

5）塊裝置層從上層接受到請求，執行IO排程操作，並將請求放入IO請求佇列中；

6）裝置驅動（如SCSI或其他裝置驅動）完成寫操作；

7）磁碟裝置韌體執行對應的硬體操作，如磁碟的旋轉、尋道等，資料被寫入到磁碟扇區中。

block layer處理bio請求，並將這些請求連結成一個佇列，稱作IO請求佇列，這個連線的操作就稱作IO排程（也叫IO elevator即電梯演算法）。bio結構體是file system layer到block layer的介面。

IO排程器的總體目標是減少磁碟的尋道時間（因此排程器都是針對機械硬碟進行最佳化的），IO排程器透過兩種方式來減少磁碟尋道：合併和排序。

合併即當兩個或多個IO請求的是相鄰的磁碟扇區，透過合併請求，多個IO請求只需要向磁碟傳送一個請求指令，減少了磁碟的開銷。

排序就是將不能合併的IO請求，根據請求磁碟扇區的順序，在請求佇列中進行排序，使得磁頭可以按照磁碟的旋轉順序的完成IO操作，可以減小磁碟的尋道次數。

想要最佳化IO系統效能，我們可以採用以下幾種方式：

1）調整buffer、提高效能，就是調整佇列數以及增加預讀數。

增加佇列長度：/sys/block/vda(特定某裝置)/queue/nr_requests

增加預讀數：/sys/block/vda(特定某裝置)/queue/read_ahead_kb

2）修改CFQ，以調節其效能，涉及引數檔案：/sys/block/vda/queue/iosched/。

比如對CFQ來講，有以下幾個值可以調整：

back_seek_max

反向尋道可能有負面影響，負載小的時候可以啟用，否則不要使用反向尋道太多值。

back_seek_penal

反向尋道做懲罰，如果不得不使用反向尋道的話，那麼必須對其做出一定懲罰，一旦做完懲罰之後，必須要正向尋道更多次數。

fifo_expire_async

用來控制非同步請求等待時間長度，預設是250毫秒，過期之後無法滿足的非同步請求將會被移動到排程佇列中，也就意味著要重新排程，通常這些值不需要調整。

除了以上方法，IO最佳化的方法還有很多，大致思路是最好換SSD、調整raid級別、選擇IO排程器、根據場景選擇合適的檔案系統、配置選定排程器的引數、使用工具進行分析最佳化結果是否理想、寫在開機啟動項裡。