本节介绍使用Block I/O控制器的功能设置I/O优先级的方法。Block I/O控制器可以将任意进程分组，并对该分组设置I/O的优先级。这个功能是在Linux 2.6.33时添加到Linux内核中的。例如，在前台进行一般处理的同时，在后台磁盘备份处理的情况下，如果备份处理频繁地向磁盘进行I/O操作，前台的处理即使有I/O请求，也不能立刻进行I/O处理，结果导致前台处理的性能下降。Block I/O控制器在这种情况下就非常有效。创建I/O优先级较高的分组和较低的分组，并将前台处理的进程和后台处理的进程分别分配到这些分组中。这样可以使前台处理的I/O优先于后台处理，防止性能下降。本节将介绍Block I/O控制器的使用方法。使用的Linux内核版本为2.6.35。使用Block I/O控制器的前提条件Block I/O控制器是Cgroup的子系统之一，是作为I/O调度程序之一的CFQ的一部分安装的。因此，使用Block I/O控制器时，必须使用启用了下列config选项编译的内核。
CONFIG_BLK_CGROUP CONFIG_CFQ_GROUP_IOSCHED确认Cgroup支持首先确认运行中的内核是否支持Cgroup和Cgroup子系统Block I/O控制器。如果有/proc/cgroups，运行中的内核就可以支持Cgroup。/proc/cgroups的内容如下。
$ cat /proc/cgroups subsys_name hierarchy num_cgroups enabled blkio 1 1 1只要subsys_name列显示了blkio，且enabled为1就没问题。如果看不到blkio，就需要重新编译内核。如果enabled为0，则启动时的内核命令行应当如下所示。
cgroup_disabled=blkio这时需要修改/boot/grub/grub.conf等，将上述指定从内核命令行中删除，并重新启动。确认CFQ支持接下来确认是否能够将CFQ作为I/O调度程序使用。例如，想要查看块设备sdb中可以使用的I/O调度程序时，需要执行下列命令。
$ cat /sys/class/block/sdb/queue/scheduler noop deadline [cfq]可以使用的I/O调度程序会显示出来，其中当前选择的调度程序已加上了方括号。如果显示cfq则没问题；如果不显示就需要启用CFQ，重新编译内核。注意事项：设备种类不同，scheduler文件的内容也不同。I/O调度程序是对一般的块设备使用的，因此，例如在loopback设备loop0等中不会显示cfq。请对sda、sdb等一般的块设备进行确认。尝试使用Block I/O控制器Block I/O控制器的设置通过cgroup文件系统进行。关于Cgroup和cgroup文件系统的基本情况请参考Hack #7。首先挂载cgroup文件。将blkio作为挂载选项，指定将Block I/O控制器作为子系统使用。
# mount -t cgroup -o blkio cgroup/cgroup然后，在CFQ中为想要控制I/O优先级的块设备设置I/O调度程序。这里使用的块设备是sdb。
# echo cfq > /sys/class/block/sdb/queue/scheduler $ cat /sys/class/block/sdb/queue/scheduler noop deadline [cfq]这时，使用Block I/O控制器前的准备工作就完成了。为了方便讲解，在这里创建优先级较高的分组“high”和优先级较低的分组“low”，并分别向各分组分配1个进程来观察I/O的情况。首先创建分组。
# mkdir /cgroup/high # mkdir /cgroup/low对各分组设置I/O的优先级。设置优先级时，在blkio.weight中写入100~1000的“weight值”。初始值为500，值越大表示优先级越高。
# echo 1000 > /cgroup/high/blkio.weight # echo 100 > /cgroup/low/blkio.weight小贴士：仅根分组的weight初始值为1000。为了进行测试，制作一个简单的脚本。这个脚本将进程添加到所指定的两个分组low和high，分别计算出读文件所需的时间。创建如下的“blkio_test.sh”脚本，并为其赋予执行权限。
#! /bin/sh # blkio_test.sh # Test script for Block IO Controller # read /mnt/sdb/low.dat ($flow) as cgroup $cg_low # and read /mnt/sdb/high.dat ($fhigh) as cgroup $cg_high simultaneously. # # $1: cgroup path for lower priority (--> $cg_low) # $2: cgroup path for higher priority (--> $cg_high) function print_usage() { echo "usage: $0 <cgroup_low> <cgroup_high>" exit 1 } ############################## # params and variables flow=/mnt/sdb/low.dat fhigh=/mnt/sdb/high.dat # cgroups to which processes will be asigned if [ $# != 2 ]; then print_usage fi cg_low=$1 cg_high=$2 for cg in $cg_low $cg_high; do if [ ! -d $cg ]; then echo "$cg does not exists" print_usage fi done # temporary files out_low=$(mktemp) out_high=$(mktemp) ############################## # sync, drop caches and read files echo -n "sync and drop all caches..." sync echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches echo "done" echo -n "reading files..." echo $$ > $cg_low/tasks (time dd if=$flow of=/dev/null) > $out_low 2>&1 & echo $$ > $cg_high/tasks (time dd if=$fhigh of=/dev/null) > $out_high 2>&1 & wait echo "done" ############################## # print the results echo "--------------------" echo "dd in $cg_low:" cat $out_low echo "--------------------" echo "dd in $cg_high:" cat $out_high rm -f $out_low $out_high首先，在不分组的情况下进行测试。使用同属于根分组的两个进程，同时读入文件。由于脚本读入的是/mnt/sdb/low.dat、/mnt/sdb/high.dat文件，因此需要先创建两个大小适当的文件，再运行脚本。这里创建了约400MB的文件并执行相关代码。
# dd if=/dev/zero of=/mnt/sdb/low.dat bs=1M count=400 # dd if=/dev/zero of=/mnt/sdb/high.dat bs=1M count=400 # ./blkio_test.sh /cgroup /cgroup -------------------- dd in /mnt/cgroups: 819200+0 records in 819200+0 records out 419430400 bytes (419 MB) copied, 14.0493 s, 29.9 MB/s real 0m14.156s user 0m0.261s sys 0m1.183s -------------------- dd in /mnt/cgroups: 819200+0 records in 819200+0 records out 419430400 bytes (419 MB) copied, 14.2007 s, 29.5 MB/s real 0m14.292s user 0m0.281s sys 0m1.186s两个进程同样使用约14秒的时间完成读入。接下来，在分组的情况下进行测试。将两个进程分别添加到low、high分组中，同时读入文件。
# ./blkio_test.sh /cgroup/low /cgroup/high -------------------- dd in /cgroup/low: 819200+0 records in 819200+0 records out 419430400 bytes (419 MB) copied, 13.0829 s, 32.1 MB/s real 0m13.388s user 0m0.250s sys 0m1.208s -------------------- dd in /cgroup/high: 819200+0 records in 819200+0 records out 419430400 bytes (419 MB) copied, 7.43459 s, 56.4 MB/s real 0m7.818s user 0m0.256s sys 0m1.209s属于/cgroup/low的进程完成文件读入耗费约13秒，而属于/cgroup/high的进程完成读入耗费约8秒。与优先级较低，即weight设置值较小的分组相比，优先级较高，即属于weight设置值较大的分组（/cgroup/high）的进程可以优先执行I/O操作。Block I/O控制器提供的特殊文件除了blkio.weight以外，Block I/O控制器还提供了一些其他的特殊文件。文件列表如表2-7所示。只读属性的特殊文件是用来获取统计信息的文件，多数是根据各设备、I/O的类型（read/write、sync/async）另起一行的。表2-7 Block I/O控制器的设置用特殊文件
小贴士：I/O的合并，是指将应用程序发出的多个I/O请求合并为1个。把相邻扇区的I/O整理到一起后，仅需一次DMA就可以完成I/O，因此可以提高I/O处理的效率。另外，在启用内核选项CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP进行编译的内核中，还有为用户提供调试用信息的文件，这里不作说明。关于Block I/O控制器的CFQ设置用虚拟文件/sys/block//queue/iosched中有CFQ的设置用虚拟文件，表2-8所示文件会对Block I/O控制器的运行产生影响。表2-8 关于Block I/O控制器的sysfs的CFQ设置文件
限制事项由于Block I/O控制器仍是比较新的功能，因此在使用上还有一些限制。接下来列出了到Linux内核版本2.6.35为止存在的限制事项。不支持非同步I/O需要各分组进行优先级控制的，当前仅为同步I/O，即初次读入和Direct I/O的读写。普通的写入是经过页面缓存的非同步I/O，因此不属于优先级控制的对象，都被看做根分组发出的I/O。不支持分组层次化把分组的层次限制为仅一层，因此无法创建从根分组开始有两层次以上的分组。用cgroup文件系统的目录层次可以显示如下。
/cgroup # 根分组 /cgroup/gr1 # 第一层：可以创建 /cgroup/gr1/gr2 # 第二层：不可以创建根分组与子分组作同等处理根分组不作为其他子分组的上级分组，而是作为同等分组进行处理。当根分组内存在拥有实时I/O优先权的进程时，这个影响比较明显。根分组会被其他子分组抢占，因此即使是实时进程，也不能占用I/O带宽。Block I/O控制器的结构与注意事项为了更准确地理解Block I/O控制器的运行，下面介绍其内部结构及其使用上的注意事项。Block I/O控制器对各分组的I/O请求分配时间片。仅许可各分组在这个时间片内执行I/O操作。分组的weight值越大，时间片的长度越长；weight值越小，时间片的长度越短。通过这种方式来指定分组间的I/O操作的优先级。这里需要注意的是，优先级不是通过I/O带宽（字节/秒，bps），而是通过时间片的长度来指定的。因此，两个分组在I/O完成所需时间差距极大的模式下执行I/O时，具体来说，就是一个依次读入，另一个随机读入的情况下，各分组的I/O带宽就会与weight值的设置迥然不同。另外，还需要注意的是，Block I/O控制器只有在针对设备的I/O发生竞争时，才会根据优先级对I/O进行控制。在I/O不发生竞争的情况下，即使是优先级较低的分组，Block I/O控制器也不会禁止I/O的执行。也就是说，如果优先级较高的分组没有对某个设备发出I/O请求，那么即使是优先级较低的分组，也可以使用该设备的全部带宽。这里所说的设备是指实际的物理块设备。dm（device-mapper）等可以为应用程序提供逻辑性块设备，但是Block I/O控制器与逻辑块设备完全无关，只在向物理设备执行I/O时进行控制。当多个分组同时对同一逻辑设备发出I/O请求时，根据这些I/O请求所针对的物理设备不同，实际的I/O有可能竞争，有可能不竞争。这时，想要预测出哪个I/O会优先进行，就必须正确把握逻辑设备和物理设备的对应关系。小结Block I/O控制器是正在开发的新功能。还存在前面所述的一些限制，因此更需要大家通过实际体验来发现存在问题或尚有不足的功能，反馈给开发者或者自己大胆地制作出来，才能够将其不断地完善。参考文献 关于Cgroup请参考Hack #7。 Documentation/cgroups/blkio-controller.txt（内核源文档）—Munehiro IKEDA
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