Unable to change queue parameter for nr_requests on nvme device

本文探讨了在Red Hat Enterprise Linux系统中,NVMe设备的IO调度机制与传统sd设备的区别。指出NVMe设备不适用nr_requests参数,因为它们采用的是基于blk-mq的IO处理机制,而非传统的IO调度器。

https://access.redhat.com/solutions/3429731

Unable to change queue parameter for nr_requests on nvme device

 SOLUTION 已验证 - 已更新 2018年九月25日01:40 - 

English 

环境

  • Red Hat Enterprise Linux 4
  • Red Hat Enterprise Linux 5
  • Red Hat Enterprise Linux 6
  • Red Hat Enterprise Linux 7
  • Intel PCIe Data Center (DC) SSD NVME controller

问题

  • When changing the parameter of /sys/block/nvme1/queue/nr_requests from 128 to 512 the system outputs errors like:

    Raw

    # echo 512 > /sys/block/nvme1/queue/nr_requests
    -bash: echo: write error: Invalid argument
    

决议

As nvme devices do not use the regular IO scheduler mechanism used by sd devices, the nr_request parameter is not applicable to nvme stack. The IO handling mechanism in nvme uses blk-mq.

根源

IO scheduler is currently not supported in NVMe.

nr_requests specifies the maximum number of read and write requests that can be queued at one time. The default value is 128, which means that 128 read requests and 128 write requests can be queued before the next process to request a read or write is put to sleep.

NVM Express is based on a paired Submission and Completion Queue mechanism. Commands are placed by host software into the Submission Queue. Completions are placed into an associated Completion Queue by the controller.

<think>嗯,用户想了解Linux块设备队列参数read_ahead_kb、nr_requests和iostats的作用。这是一个关于Linux内核块设备层调优的问题,需要准确解释每个参数的技术细节。 用户可能是系统管理员或开发人员,正在优化存储性能。从提问方式看,用户对Linux内核有一定了解,但需要具体参数功能的说明。需要区分三个参数的不同作用域:read_ahead_kb是预读策略,nr_requests控制队列深度,iostats涉及统计开关。 关于read_ahead_kb,要强调其预读特性。内核会提前读取额外数据到page cache,这对顺序读场景特别有效。需要说明默认值128KB的典型场景,以及如何通过/sys/block/sdX/queue/路径调整。预读能减少IO等待时间,但可能浪费缓存空间。 nr_requests参数控制每个硬件队列的深度上限。需要解释队列深度与IOPS的关系,默认值128适用于多数场景。数值过小会导致IO吞吐下降,过大可能增加延迟。要提到SSD和HDD的不同优化方向。 iostats参数比较特殊,它是统计功能的开关。默认开启状态会记录每个设备的IO统计,但可能带来少量性能开销。在容器等场景关闭可提升性能,但会失去监控数据。需要强调/sys/block/sdX/queue/iostats路径的开关作用。 最后要提醒参数调整的风险:生产环境需谨慎,建议用sysfs接口临时修改测试。不同内核版本行为可能有差异,比如新内核的mq调度器可能自动优化队列深度。 准备用表格对比三个参数的核心信息,包括路径、作用域和典型值。相关问题设计要覆盖应用场景(如数据库优化)、监控方法(iostat工具)和性能权衡(预读的利弊)。引用块设备头文件说明作为技术依据。</think>以下是 Linux 块设备队列参数 `read_ahead_kb`、`nr_requests` 和 `iostats` 的详细说明及作用: --- ### **1. `read_ahead_kb`(预读缓冲区大小)** - **作用**:控制内核为**顺序读取操作**提前预加载的数据量(单位 KB)。当应用程序读取数据时,内核会预测后续可能访问的相邻数据块,并提前加载到内存缓存(Page Cache)中,减少后续 I/O 延迟。 - **工作场景**: - 对顺序读操作(如大文件复制、日志读取)性能提升显著。 - 随机读场景可能造成缓存浪费。 - **调整路径**: ```bash /sys/block/<device>/queue/read_ahead_kb # 例如 /sys/block/sda/queue/read_ahead_kb ``` - **默认值**:通常为 128 KB(因内核版本和硬件而异)。 - **优化建议**: - SSD:可适当降低(减少无效预读)。 - HDD 顺序读:增大值(如 512 KB~1024 KB)可提升吞吐量。 --- ### **2. `nr_requests`(I/O 请求队列深度)** - **作用**:定义块设备队列中**允许排队的最大 I/O 请求数**。直接影响: - **合并机会**:队列越深,内核越有机会合并相邻的 I/O 请求(减少磁盘寻址)。 - **吞吐量**:深队列可提高高并发下的 I/O 吞吐。 - **延迟**:队列过深可能导致请求等待时间增加。 - **调整路径**: ```bash /sys/block/<device>/queue/nr_requests ``` - **默认值**:通常为 128。 - **优化建议**: - SSD:可增大(如 256~512),利用其高并发能力。 - 低延迟需求:适当减小(如 32~64),减少请求排队时间。 - **注意**:超过硬件队列深度(如 NVMe 的 `nvme0n1/queue/max_hw_sectors_kb`)时无效。 --- ### **3. `iostats`(I/O 统计开关)** - **作用**:控制是否**启用该块设备的 I/O 性能统计**(如读/写次数、扇区数、延迟等)。关闭后可减少少量 CPU 开销。 - **关键影响**: - 工具依赖:`iostat`、`sar -d` 等工具的数据来源依赖此开关。 - 容器环境:在大量容器的场景中,关闭非关键设备的统计可降低系统负载。 - **调整路径**: ```bash /sys/block/<device>/queue/iostats # 1=启用(默认),0=关闭 ``` - **典型场景**: - 需监控时:保持开启(默认)。 - 高密度虚拟化/容器:关闭次要设备的统计以节省资源。 --- ### **参数对比总结** | 参数 | 作用域 | 优化目标 | 典型调整场景 | |---------------|---------------------|------------------|--------------------------| | `read_ahead_kb` | 预读策略 | 顺序读吞吐量 | HDD 大文件读取 | | `nr_requests` | 请求队列深度 | 吞吐量 vs 延迟 | 高并发 SSD/数据库负载 | | `iostats` | 统计开销 | CPU 资源节省 | 容器集群/边缘设备 | --- ### **调整注意事项** 1. **临时修改**(重启失效): ```bash echo 512 > /sys/block/sda/queue/read_ahead_kb ``` 2. **永久生效**:需通过 udev 规则或 systemd-tmpfiles 配置。 3. **监控工具**: - 实时查看:`iostat -x 1`(关注 `aqu-sz` 队列长度、`await` 延迟)。 - 预读效果:`sar -B` 查看 `pgscank/s`(内核主动扫描的页面数)[^1]。 --- ### 相关问题 1. 如何验证 `read_ahead_kb` 调整对数据库顺序扫描的性能影响? 2. `nr_requests` 与 NVMe 的 `hw_queue_depth` 有何关联?如何避免配置冲突? 3. 在 Kubernetes 环境中如何批量关闭非关键存储设备的 `iostats`? 4. 为什么 SSD 的 `nr_requests` 通常设置高于 HDD? [^1]: 关于块设备队列的统计信息依赖 `iostats` 参数,详见内核文档:*Documentation/block/stat.rst*。
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