72、块设备驱动中的I/O调度器详解

块设备驱动中的I/O调度器详解

1. I/O调度器概述

块设备驱动虽然能够一次传输一个扇区，但块I/O层不会为磁盘上每个要访问的扇区执行单独的I/O操作。因为定位磁盘表面扇区的物理位置非常耗时，这会导致磁盘性能不佳。相反，内核会尽可能将多个扇区聚集起来作为一个整体处理，从而减少磁头移动的平均次数。

当内核组件需要读写磁盘数据时，会创建一个块设备请求。该请求描述了要访问的扇区以及操作类型（读或写）。不过，内核不会在请求创建后立即处理它，而是将I/O操作进行调度，在稍后的时间执行。这种人为的延迟是提高块设备性能的关键机制。当有新的块数据传输请求时，内核会检查是否可以通过稍微扩大一个仍在等待的先前请求来满足它（即是否可以在不进行进一步寻道操作的情况下满足新请求）。由于磁盘访问往往是顺序的，这种简单的机制非常有效。

延迟请求会使块设备处理变得复杂。例如，当一个进程打开一个普通文件，文件系统驱动程序想要从磁盘读取相应的inode时，块设备驱动程序会将请求放入队列，进程会被挂起，直到存储inode的块被传输完成。但块设备驱动程序本身不能被阻塞，否则任何试图访问同一磁盘的其他进程也会被阻塞。

为了避免块设备驱动程序被挂起，每个I/O操作都是异步处理的。块设备驱动是中断驱动的，通用块层调用I/O调度器创建新的块设备请求或扩大现有请求，然后结束操作。块设备驱动在稍后被激活，调用策略例程选择一个待处理的请求，并向磁盘控制器发出合适的命令来满足该请求。当I/O操作结束时，磁盘控制器引发一个中断，相应的处理程序在必要时再次调用策略例程来处理另一个待处理的请求。

每个块设备驱动程序都维护自己的请求队列，其中包含该设备的待处理请求列表。如果磁盘控制器管理多个磁盘，通常