BFQ 设置IO优先级

1 介绍

BFQ，全称 Budget Fair Queuing / 预算公平排队，是Linux基于CFQ的一个“比例共享”的IO调度算法。按照官方的说法，它具有“高吞吐，低延迟以及公平性”的特点。Linux 5.0内核中，CFQ已经被完全删除，取而代之的是诸如BFQ的多队列算法。

不同于CFQ中的时间片，BFQ使用预算（budget）分配的方式来实现公平：每个进程在一个窗口有预算的sector数量，花完所有sector（或超时）则进程的请求队列被挂起，等候调度。同时budget会不断调整，如果进程花完了budget，下一次的budget会增加；若没花完，则下一次的budget会减少。而budget越小，调度越频繁（时间敏感应用），budget越大，执行时间越长（高吞吐应用），bfq以这种自适应的方式来实现不同进程的需求，实现低延迟和高吞吐。

此外，BFQ考虑进程的IO优先级，来决定进程在何时能够被调度。BFQ“严格执行优先级，只要存在较高优先级的队列，就不会为低优先级队列提供服务”。可以通过ionice命令设定优先级。

具体参考：linux/bfq-iosched.rst at master ·torvalds/linux (github.com)

2 进程的IO优先级

ionice将IO调度分为三大类：

（1）RT（Real Time）：实时调度，不考虑其他进程的IO，立即访问磁盘。

（2）BE（Best Effort）：缺省调度策略，可以指定优先级（0~7），数值越小优先级越高。

（3）IDLE：空闲调度，当没有其他进程需要IO时，才能进行调度，无优先级可言。

PS: 此外还有一个（0）none 优先级。未设置优先级时默认为none，其实也就是BE，只是优先级数是通过cpu中的进程优先级自动计算出来的， io_priority = (cpu_nice +20)/5。一般的用户程序，cpu优先级是0（可查看top命令，“NI”项大多为0），因此默认的io优先级为4。

以上默认IO请求都是同步请求，因为同步IO才是针对进程而言的。

3 使用方式

3.1 更改IO调度策略

注：linux 5.0以上的版本。

查看当前调度策略，"sda"对应想要修改策略的盘：

~$ cat /sys/block/sda/queue/scheduler
[mq-deadline] none

此时这里显示并没有bfq，先检测一下你的系统中有没有bfq模块：

~$ sudo modprobe bfq

没有报错说明是有的，再次查看调度策略，已经有bfq了：

~$ cat /sys/block/sda/queue/scheduler
[mq-deadline] bfq none

修改为bfq，再次查看：

~$ sudo echo 'bfq'>/sys/block/sda/queue/scheduler
~$ cat /sys/block/sda/queue/scheduler
mq-deadline [bfq] none

如果要设置bfq随系统启动加载，参考。

3.2 BFQ调参

BFQ具有以下参数，参数列表。

例：若要设置low_latency参数为0

~$ echo 0 > /sys/block/sda/queue/iosched/low_latency

3.3 设置IO优先级

除了使用ionice命令设置优先级外，还可以使用ioprio_set()系统调用设置进程（线程）的IO优先级，Linux手册链接。

可能会出现头文件linux/ioprio.h链接失败的问题，导致宏定义找不到，图方便可以直接把宏定义copy过来。示例代码：

#include <cstdio>
#include <iostream>
//#include <linux/ioprio.h>  /* Definition of IOPRIO_* constants */
#include <sys/syscall.h>     /* Definition of SYS_* constants */
#include <unistd.h>
using namespace std;

#define IOPRIO_CLASS_SHIFT  (13)
#define IOPRIO_PRIO_VALUE(class, data)  (((class) << IOPRIO_CLASS_SHIFT) | data)

enum {IOPRIO_WHO_PROCESS = 1,        // 代表下一个参数为线程号（0代表自身）IOPRIO_WHO_PGRP,               // 代表下一个参数为组号（0代表自身所在组）IOPRIO_WHO_USER,               // 代表下一个参数为用户ID（..)
};
// 以上宏定义从linux/ioprio.h中复制

enum {RT = 1,BE ,IDLE,
};

int main(){// 获取当前线程优先级int prio = syscall(SYS_ioprio_get, IOPRIO_WHO_PROCESS, 0);cout << (prio>>IOPRIO_CLASS_SHIFT) << "," << (prio & 0b1111) << endl;
// 设置当前线程IO优先级为7 (BE)syscall(SYS_ioprio_set, IOPRIO_WHO_PROCESS, 0, IOPRIO_PRIO_VALUE(BE, 7));
// 设置PID=80的线程IO优先级为IDLEsyscall(SYS_ioprio_set, IOPRIO_WHO_PROCESS, 80, IOPRIO_PRIO_VALUE(IDLE, 0));
// 设置当前线程所在组的所有线程IO优先级为2(RT)syscall(SYS_ioprio_set, IOPRIO_WHO_PGRP, 0, IOPRIO_PRIO_VALUE(RT, 2));
// 设置进程组号为20的所有线程IO优先级为2(BE)syscall(SYS_ioprio_set, IOPRIO_WHO_PGRP, 20, IOPRIO_PRIO_VALUE(BE, 2));
prio = syscall(SYS_ioprio_get, IOPRIO_WHO_PROCESS, 0);cout << (prio>>IOPRIO_CLASS_SHIFT) << "," <<  (prio & 0b1111) << endl;
return 0;
}

参考：

调整 I/O 性能|系统分析和调优指南|SUSE Linux Enterprise Server 15 SP1