linux 块设备多队列调度系统

关于

论文： Linux Block IO: Introducing Multi-queue SSD Access on
Multi-core Systems

IO 块设备的吞吐发展迅速，2012 年 SSD 4K 随机读写速度达到 785K IOPS （是不是有点高？）
SSD 随机读写速度与顺序读写持平 （不太清楚）

传统 块设备 队列优点：

• 统一接口

  缺点：

• 效率低，导致一些应用跳过块数据管理层
• 单队列，单锁，造成核间竞争
• 只有一个核处理与块设备通信，其他核需要软中断与该核通信，并且对于不同 NUMA 下的内存不友好

解决方案:

两层队列
软件队列：每个 NUMA 上 或者每个核上 一个队列
硬件队列：每个块设备上 若干队列

tag : 指示 block IO 在 driver 提交队列中的位置，在 IO 完成时指示位置

代码

hctx : hardware context

每个 request_queue 包含若干 request，包含一个 percpu 的 blk_mq_ctx (queue_ctx) ，包含若干 blk_mq_hw_ctx

每个 request 有一个 blk_mq_ctx

每个 blk_mq_hw_ctx 中包含若干 blk_mq_ctx

目前维护了 hardcoding 的 per-cpu 软件队列

使用 sbitmap 维护 pending work

struct blk_mq_hw_ctx { // include/linux/blk-mq.h
    struct {
        spinlock_t        lock;
        struct list_head    dispatch;
        unsigned long        state;        /* BLK_MQ_S_* flags */
    }
    struct blk_mq_ctx    **ctxs;
    struct blk_mq_tags    *tags; // bitmap tag
}

struct blk_mq_ctx  { // block/blk-mq.h
    unsigned int        cpu; // ctx 对应的 cpu ?
}

struct blk_mq_tags { // block/blk-mq-tag.h
    struct request **rqs; // rqs[tag] 为下标 tag 对应的 request 
}

struct request_queue { //include/linux/blkdev.h
    struct percpu_ref q_usage_counter;
    struct blk_mq_ctx __percpu    *queue_ctx; // per cpu 的本队列 context
    struct blk_mq_hw_ctx    **queue_hw_ctx; // 所有 hardware dispatch queue context ? 
    unsigned int        *mq_map; // 每个 cpu 对应的 hw_ctx 编号 ?
}
struct request { //include/linux/blkdev.h
    struct request_queue *q;
}