Linux Kernel I/O Scheduler für SSDs mit hoher Last ändern

Im Linux Kernel sind seit 2.6.3irgendwas drei verschiedene I/O Scheduler enthalten. Der Klassiker NOOP, Deadline und der „moderne“ CFQ. So ein I/O Scheduler besitzt immer einen eigenen Algorithmus, um Lese- und Schreibrequests zu verarbeiten und an das Device für die physische Abarbeitung zu übergeben.

Mit „cat /sys/block/sda/queue/scheduler“ lässt sich der aktuelle Scheduler anzeigen

NOOP

Der NOOP-Scheduler ist ein vergleichsweise einfaches Ablaufmodell, das einfach alle I/O Requests in einer einzigen FIFO-Queue verwaltet und weitergibt. Es gibt in dieser Queue Request Merging, um und Seek-Times zu vermeiden, aber z.B. eine Sortierung findet nicht statt.

Deadline

Der Deadline-Scheduler ist gebaut um die „Starvation“ von Requests zu verhindern, also App-Timeouts durch *_WAIT zu vermeiden. Dazu werden in einer komplizierten Struktur Request mit einer Expiration Time versehen und in verschiedene Queues abgearbeitet. Dabei wird versucht, die Antwortzeiten für jeden Eintrag einzuhalten.

CFQ

Der „Completely fair queuing“ Scheduler ist zugleich der komplexeste, mächtigste und Standard-Scheduler des Kernels. Der Algorithmus versucht eine faire Aufteilung der vorhandenen I/Os auf alle Prozesse gleicher Priorität. Die „Fairness“ bezieht sich dabei auf die zeitliche Länge der Time-Slots und nicht auf die verwendete Bandbreite. Sequentielle Anfragen werden im gleichen Slot als immer eine höheren Durchsatz erzielen als ein Prozess mit random-Writes (welche durch Seek-times verlangsamt wird).

Dafür hat CFQ als einziger Scheduler die Möglichkeit, Prozesse in Prioritätsklassen einzuteilen. Von RT (RealTime) bis I (Idle) sind verschiedene abstufingen möglich.

Welchen nehme ich?

Wie immer in der IT gibt es hierauf keine eindeutige Antwort. In aller Regel ist der von der jeweligen Distribution ausgelieferte (und getestete) Modus eine gute Wahl.

In speziellen Szenarien, wie zum Beispiel extrem hoher random I/O Last bei vielen CPU-Kernen, kann die Umstellung auf einen anderen Scheduler aber etwas mehr Durchsatz (meint: mehr I/Ops) bewirken.

Wir empfehlen oft den Deadline Scheduler für Storages mit vielen SSDs, weil dieser nicht so viel Rechenzeit für das Mergen benötigt. SSDs sind oft schneller mit der Antwort fertig, als viele hunderte Merge-Operationen brauchen um abgesetzt zu werden. Noch schneller wäre NOOP, aber da ist die Gefahr groß, das ein Prozess mit exessiver I/O Nutzung alls anderen Operationen blockiert.

Wie stellt man den Kernel um?

Nachsehen welcher Scheduler [aktiv] ist:

[email protected]:~# cat /sys/block/sda/queue/scheduler
noop deadline [cfq]

Kernel Scheduler ändern:

[email protected]:~# echo deadline > /sys/block/sda/queue/scheduler

Die Änderung ist sofort aktiv, aber nicht persistent. Um die Umstellung über den nächsten Reboot zu retten, muss man dem Kernel den Startparameter elevator= mitgeben.

Unter Debian (beispielweise) passiert das in der /etc/default/grub in der Zeile

GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash elevator=deadline"

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