io调度策略noop的理解

io电梯算法，网上一堆，在此不再赘述。

手上有几块厂商提供的sas的ssd，做如下实验。

考虑到没有磁头移动，ssd一般采用noop的io调度策略，结果看到如下的iostat测试数据：

Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rMB/s wMB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
dm-0 84.00 0.00 600.00 0.00 342.00 0.00 1167.36 1.15 1.92 1.92 0.00 0.78 46.90
dm-1 87.00 0.00 560.00 0.00 323.00 0.00 1181.26 1.04 1.86 1.86 0.00 0.79 44.50
dm-2 88.00 0.00 576.00 0.00 332.00 0.00 1180.44 1.19 2.06 2.06 0.00 0.79 45.40
dm-3 94.00 0.00 553.00 0.00 323.50 0.00 1198.06 0.98 1.78 1.78 0.00 0.82 45.60
dm-4 98.00 0.00 576.00 0.00 337.00 0.00 1198.22 1.12 1.95 1.95 0.00 0.81 46.80
dm-5 83.00 0.00 536.00 0.00 309.00 0.00 1180.66 0.93 1.73 1.73 0.00 0.81 43.50
dm-6 101.00 0.00 572.00 0.00 337.00 0.00 1206.60 1.06 1.86 1.86 0.00 0.81 46.50
dm-7 98.00 0.00 607.00 0.00 353.00 0.00 1191.01 1.13 1.87 1.87 0.00 0.82 49.60

第一列的数据表明，read进行了merge，这个与我之前预想的不一致，我一直以为固态硬盘颗粒不会进行合并，后来想，可能跟调度算法有关系，而不是跟具体物理介质有关系，如果该驱动注册了这个调度策略，那么就可能进行merge，而不管这个merge对硬件介质是否管用。根据查看iostat的源码以及内核中genhd.c的diskstats_show，确认了这个合并就是我们理解的io merge。

我们知道对于cfq和deadline这两种调度策略，是会进行合并的，noop 的合并需要单独看noop的实现。

查看内核中noop的初始化函数指针：

static struct elevator_type elevator_noop = {
.ops = {
.elevator_merge_req_fn = noop_merged_requests,
.elevator_dispatch_fn = noop_dispatch,
.elevator_add_req_fn = noop_add_request,
.elevator_queue_empty_fn = noop_queue_empty,
.elevator_former_req_fn = noop_former_request,
.elevator_latter_req_fn = noop_latter_request,
.elevator_init_fn = noop_init_queue,
.elevator_exit_fn = noop_exit_queue,
},
.elevator_name = "noop",
.elevator_owner = THIS_MODULE,
};

从初始化函数指针可以看出：

elevator_allow_merge_fn 没有初始化，为NULL，注意这个函数的意思不是说永远是否允许merge，而是当前这次请求是否允许。

elevator_merge_fn 函数指针没有初始化，那应该为NULL，说明没有单独的合并回调。

1 noop（实现简单的FIFO）,

首先来看下调用链：

Returning to : 0xffffffff812cd03b : blk_queue_bio+0x8b/0x3a0 [kernel]
0xffffffff812c8452 : generic_make_request+0xe2/0x130 [kernel]
0xffffffff812c8511 : submit_bio+0x71/0x150 [kernel]

blk_queue_bio里面有两处尝试merge，一处是blk_attempt_plug_merge，一处是elv_merge，前者不需要自旋锁，后者需要，所以前者的消耗较小。

背景知识：

bio 代表一个IO 请求，可以准确描述os提交给block层的请求。

request 是bio 提交给IO调度器产生的数据，一个request 中放着顺序排列的bio

当设备提交bio 给IO调度器时，IO调度器可能会插入bio，或者生成新的request

request_queue代表着一个物理设备，顺序的放着request

写一个stap打点脚本如下：

probe begin {
print("Started monitoring noop\n")
}
probe kernel.function("blk_attempt_plug_merge").return {
printf("\tCurr: %s(%d), Parent: %s(%d), Cmdline: %s\n", execname(), pid(), pexecname(), ppid(), cmdline_str());
aaa = kernel_string(($q)->elevator->type->elevator_name);
if(aaa=="noop")
{
    printf("Paras: blk_attempt_plug_merge bio=(%u),(%s),return is (%d)\n",$bio,aaa, $return);
    print_backtrace();
}
}

probe kernel.function("elv_merge").return {
bbb = kernel_string(($q)->elevator->type->elevator_name);
if(bbb=="noop")
{
    printf("Paras: elv_merge bio=(%u),(%s),return is (%d)\n",$bio,bbb, $return);
    print_backtrace();
}
}

先看看 blk_attempt_plug_merge 函数中，是怎么处理的。

Curr: nginx(12008), Parent: nginx(24824), Cmdline: nginx: worker process "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" "" ""
Paras: blk_attempt_plug_merge bio=(18446612139773339904),(noop),return is (1)---------return 为1，则不会进行elv_merge。

Returning from: 0xffffffff812cc590 : blk_attempt_plug_merge+0x0/0x100 [kernel]
Returning to : 0xffffffff812cd12e : blk_queue_bio+0x17e/0x3a0 [kernel]
0xffffffff812c8452 : generic_make_request+0xe2/0x130 [kernel]
0xffffffff812c8511 : submit_bio+0x71/0x150 [kernel]
0xffffffff81220790 : do_mpage_readpage+0x2e0/0x6e0 [kernel]
0xffffffff81220c7b : mpage_readpages+0xeb/0x160 [kernel]
0xffffffffa089ba7d [xfs]
0xffffffff8117691c : __do_page_cache_readahead+0x1cc/0x250 [kernel] (inexact)
0xffffffff81176b16 : ondemand_readahead+0x116/0x230 [kernel] (inexact)
0xffffffff81176f21 : page_cache_sync_readahead+0x31/0x50 [kernel] (inexact)
0xffffffff8120f226 : __generic_file_splice_read+0x556/0x5e0 [kernel] (inexact)
0xffffffff81589a23 : tcp_v4_md5_lookup+0x13/0x20 [kernel] (inexact)
0xffffffff8120dac0 : spd_release_page+0x0/0x20 [kernel] (inexact)
0xffffffff81577bb5 : tcp_sendpage+0xe5/0x5a0 [kernel] (inexact)
0xffffffff8120da00 : pipe_to_sendpage+0x0/0xa0 [kernel] (inexact)
0xffffffff815a326e : inet_sendpage+0x6e/0xe0 [kernel] (inexact)
0xffffffff81510e8b : kernel_sendpage+0x1b/0x30 [kernel] (inexact)
0xffffffff81510ec7 : sock_sendpage+0x27/0x30 [kernel] (inexact)
0xffffffff8120dab5 : page_cache_pipe_buf_release+0x15/0x20 [kernel] (inexact)
0xffffffff8120d9a1 : splice_from_pipe_feed+0xc1/0x120 [kernel] (inexact)
0xffffffff8120da00 : pipe_to_sendpage+0x0/0xa0 [kernel] (inexact)

另外一种情况是blk_attempt_plug_merge返回0，则会调用 elv_merge

Paras: blk_attempt_plug_merge bio=(18446612139773339136),(noop),return is (0)-------------可以对比下面的bio，两者相等
Returning from: 0xffffffff812cc590 : blk_attempt_plug_merge+0x0/0x100 [kernel]
Returning to : 0xffffffff812cd12e : blk_queue_bio+0x17e/0x3a0 [kernel]
0xffffffff812c8452 : generic_make_request+0xe2/0x130 [kernel]
0xffffffff812c8511 : submit_bio+0x71/0x150 [kernel]
0xffffffff81220cb4 : mpage_readpages+0x124/0x160 [kernel]
0xffffffffa089ba7d [xfs]
0xffffffff8117691c : __do_page_cache_readahead+0x1cc/0x250 [kernel] (inexact)
0xffffffff81176b16 : ondemand_readahead+0x116/0x230 [kernel] (inexact)
0xffffffff81176f21 : page_cache_sync_readahead+0x31/0x50 [kernel] (inexact)
0xffffffff8120f226 : __generic_file_splice_read+0x556/0x5e0 [kernel] (inexact)
0xffffffff81589a23 : tcp_v4_md5_lookup+0x13/0x20 [kernel] (inexact)
0xffffffff8120dac0 : spd_release_page+0x0/0x20 [kernel] (inexact)
0xffffffff81577bb5 : tcp_sendpage+0xe5/0x5a0 [kernel] (inexact)
0xffffffff8120da00 : pipe_to_sendpage+0x0/0xa0 [kernel] (inexact)
0xffffffff815a326e : inet_sendpage+0x6e/0xe0 [kernel] (inexact)
0xffffffff81510e8b : kernel_sendpage+0x1b/0x30 [kernel] (inexact)
0xffffffff81510ec7 : sock_sendpage+0x27/0x30 [kernel] (inexact)
0xffffffff8120dab5 : page_cache_pipe_buf_release+0x15/0x20 [kernel] (inexact)
0xffffffff8120d9a1 : splice_from_pipe_feed+0xc1/0x120 [kernel] (inexact)
0xffffffff8120da00 : pipe_to_sendpage+0x0/0xa0 [kernel] (inexact)
0xffffffff8120f2ee : generic_file_splice_read+0x3e/0x80 [kernel] (inexact)
Paras: elv_merge bio=(18446612139773339136),(noop),return is (0)-------------------可以对比上面的bio，两者相等
Returning from: 0xffffffff812c4b50 : elv_merge+0x0/0xe0 [kernel]
Returning to : 0xffffffff812cd03b : blk_queue_bio+0x8b/0x3a0 [kernel]

综上所述，在noop的调度策略中，io还是正常合并的，虽然叫先来先服务，但是合并还是正常进行，除非一种情况，那就是采用none调度策略。

cat /sys/block/nvme0n1/queue/scheduler

none

Nvme调度策略就是none。

noop还是会尝试在block层合并，但是none的意思是不是说就不合并了呢?也不是，我们查看nvme的驱动，发现nvme的queue有一个合并的flag，当开启的时候，也会尝试合并，但是，nvme真的足够快，查看iostat统计发现，没看到过合并的记录打印。