Linux块层多队列中如何引入内核

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首先过目一下多队列架构:

以读IO为例，单队列和多队列相同的执行路径：

read_pages() { ...   blk_start_plug() /* 进程准备蓄流 */   mapping->a_ops->readpages() /* 蓄流 */   blk_finish_plug() /* 进程开始泄流 */  ... } io_schedule() 进程蓄流之后等待io完成 (在blk_mq_make_request()函数中request的数目大于或者等于16 request_count >= BLK_MAX_REQUEST_COUNT 不需要调用io_schedule(),直接泄流到块设备驱动)

mapping->a_ops->readpages() 会一直调用q->make_request_fn()

generic_make_request（）     q->make_request_fn() 调用blk_queue_bio()或者     多队列blk_queue_make_request()       __elv_add_request()

为什么引入多队列：多队列相对与单队列来说，每个cpu上都有一个软队列(使用blk_mq_ctx结构表示)避免插入request的时候使用spinlock锁，而且如今的高速存储设备，比如支持nvme的ssd(小弟刚买了一块，速度确实快),访问延迟非常小，而且本身硬件就支持多队列,(引入的多队列使用每个硬件队列hctx->delayed_work替换了request_queue->delay_work) 以前的单队列架构已经不能榨干它的性能，而且成为了它的累赘,单队列在插入request和泄流到块设备驱动时，一直有request_queue上的全局spinlock锁，搞得人们都想直接bypass块层的冲动。

单队列插入request时会使用request_queue上的全局spinlock锁

blk_queue_bio() {     ...     spin_lock_irq(q->queue_lock);     elv_merge（）     spin_lock_irq(q->queue_lock);     ... }

单队列泄流到块设备驱动时也是使用request_queue上的全局spinlock锁:

struct request_queue *blk_alloc_queue_node（）   INIT_DELAYED_WORK(&q->delay_work, blk_delay_work);  blk_delay_work()   __blk_run_queue()     q->request_fn(q);

__blk_run_queue()函数必须在队列锁中，也就是spin_lock_irq(q->queue_lock);

281  * __blk_run_queue - run a single device queue  282  * @q:  The queue to run  283  *  284  * Description:  285  *    See @blk_run_queue. This variant must be called with the queue lock  286  *    held and interrupts disabled.  287  */       288 void __blk_run_queue(struct request_queue *q)  289 {         290         if (unlikely(blk_queue_stopped(q)))  291                 return;  292   293         __blk_run_queue_uncond(q);  294 }

多队列插入request时没有使用spinlock锁:

blk_mq_insert_requests()   __blk_mq_insert_request()     struct blk_mq_ctx *ctx = rq->mq_ctx; (每cpu上的blk_mq_ctx)     list_add_tail(&rq->queuelist, &ctx->rq_list)

多队列泄流到块设备驱动也没有使用spinlock锁：

static int blk_mq_init_hw_queues()   INIT_DELAYED_WORK(&hctx->delayed_work, blk_mq_work_fn);   708 static void blk_mq_work_fn(struct work_struct *work)  709 {                 710         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;  711                   712         hctx = container_of(work, struct blk_mq_hw_ctx, delayed_work.work);  713         __blk_mq_run_hw_queue(hctx);  714 }  __blk_mq_run_hw_queue()       没有spinlock锁   q->mq_ops->queue_rq(hctx, rq); 执行多队列上的->queue_rq()回调函数

从下图可以看出系统使用多队列之后的性能提升:

(我自己没测试过性能，凭客观想象应该与下列图相符:) )

到此，相信大家对"Linux块层多队列中如何引入内核"有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！