1. I/O栈

Linux 存储系统的 I/O 栈，由上到下分为三个层次，分别是文件系统层、通用块层和设备层。全景图：
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  • 文件系统层，包括虚拟文件系统和其他各种文件系统的具体实现。它为上层的应用程序，提供标准的文件访问接口；对下会通过通用块层，来存储和管理磁盘数据。
  • 通用块层，包括块设备 I/O 队列和 I/O 调度器。它会对文件系统的 I/O 请求进行排队，再通过重新排序和请求合并，然后才要发送给下一级的设备层。

  • 设备层，包括存储设备和相应的驱动程序，负责最终物理设备的 I/O 操作。

    2. 通用块层

    是文件系统和磁盘驱动中间的一个块设备抽象层，主要功能：

  • 跟虚拟文件系统的功能类似。向上，为文件系统和应用程序，提供访问块设备的标准接口；向下，把各种异构的磁盘设备抽象为统一的块设备，并提供统一框架来管理这些设备的驱动程序。

  • I/O调度：为文件系统和应用程序发来的 I/O 请求排队，并通过重新排序、请求合并等方式，提高磁盘读写的效率。

    2.1 I/O 调度

    Linux 内核支持四种 I/O 调度算法：

  • NONE ，对文件系统和应用程序的 I/O 其实不做任何处理，常用在虚拟机中（此时磁盘 I/O 调度完全由物理机负责）。

  • NOOP ，实际上是一个先入先出的队列，只做一些最基本的请求合并，常用于 SSD 磁盘。
  • CFQ（Completely Fair Scheduler），也被称为完全公平调度器，是现在很多发行版的默认 I/O 调度器，它为每个进程维护了一个 I/O 调度队列，并按照时间片来均匀分布每个进程的 I/O 请求。CFQ 还支持进程 I/O 的优先级调度，适用于运行大量进程的系统，像是桌面环境、多媒体应用等。
  • DeadLine 调度算法，分别为读、写请求创建了不同的 I/O 队列，可以提高机械磁盘的吞吐量，并确保达到最终期限（deadline）的请求被优先处理。DeadLine 调度算法，多用在 I/O 压力比较重的场景，比如数据库等。