Documentation/block/as-iosched.txt

   1 Anticipatory IO scheduler
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   3 Nick Piggin <piggin@cyberone.com.au>    13 Sep 2003
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   5 Attention! Database servers, especially those using "TCQ" disks should
   6 investigate performance with the 'deadline' IO scheduler. Any system with high
   7 disk performance requirements should do so, in fact.
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   9 If you see unusual performance characteristics of your disk systems, or you
  10 see big performance regressions versus the deadline scheduler, please email
  11 me. Database users don't bother unless you're willing to test a lot of patches
  12 from me ;) its a known issue.
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  14 Also, users with hardware RAID controllers, doing striping, may find
  15 highly variable performance results with using the as-iosched. The
  16 as-iosched anticipatory implementation is based on the notion that a disk
  17 device has only one physical seeking head.  A striped RAID controller
  18 actually has a head for each physical device in the logical RAID device.
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  20 However, setting the antic_expire (see tunable parameters below) produces
  21 very similar behavior to the deadline IO scheduler.
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  24 Selecting IO schedulers
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  26 To choose IO schedulers at boot time, use the argument 'elevator=deadline'.
  27 'noop' and 'as' (the default) are also available. IO schedulers are assigned
  28 globally at boot time only presently.
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  31 Anticipatory IO scheduler Policies
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  33 The as-iosched implementation implements several layers of policies
  34 to determine when an IO request is dispatched to the disk controller.
  35 Here are the policies outlined, in order of application.
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  37 1. one-way Elevator algorithm.
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  39 The elevator algorithm is similar to that used in deadline scheduler, with
  40 the addition that it allows limited backward movement of the elevator
  41 (i.e. seeks backwards).  A seek backwards can occur when choosing between
  42 two IO requests where one is behind the elevator's current position, and
  43 the other is in front of the elevator's position. If the seek distance to
  44 the request in back of the elevator is less than half the seek distance to
  45 the request in front of the elevator, then the request in back can be chosen.
  46 Backward seeks are also limited to a maximum of MAXBACK (1024*1024) sectors.
  47 This favors forward movement of the elevator, while allowing opportunistic
  48 "short" backward seeks.
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  50 2. FIFO expiration times for reads and for writes.
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  52 This is again very similar to the deadline IO scheduler.  The expiration
  53 times for requests on these lists is tunable using the parameters read_expire
  54 and write_expire discussed below.  When a read or a write expires in this way,
  55 the IO scheduler will interrupt its current elevator sweep or read anticipation
  56 to service the expired request.
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  58 3. Read and write request batching
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  60 A batch is a collection of read requests or a collection of write
  61 requests.  The as scheduler alternates dispatching read and write batches
  62 to the driver.  In the case a read batch, the scheduler submits read
  63 requests to the driver as long as there are read requests to submit, and
  64 the read batch time limit has not been exceeded (read_batch_expire).
  65 The read batch time limit begins counting down only when there are
  66 competing write requests pending.
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  68 In the case of a write batch, the scheduler submits write requests to
  69 the driver as long as there are write requests available, and the
  70 write batch time limit has not been exceeded (write_batch_expire).
  71 However, the length of write batches will be gradually shortened
  72 when read batches frequently exceed their time limit.
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  74 When changing between batch types, the scheduler waits for all requests
  75 from the previous batch to complete before scheduling requests for the
  76 next batch.
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  78 The read and write fifo expiration times described in policy 2 above
  79 are checked only when in scheduling IO of a batch for the corresponding
  80 (read/write) type.  So for example, the read FIFO timeout values are
  81 tested only during read batches.  Likewise, the write FIFO timeout
  82 values are tested only during write batches.  For this reason,
  83 it is generally not recommended for the read batch time
  84 to be longer than the write expiration time, nor for the write batch
  85 time to exceed the read expiration time (see tunable parameters below).
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  87 When the IO scheduler changes from a read to a write batch,
  88 it begins the elevator from the request that is on the head of the
  89 write expiration FIFO.  Likewise, when changing from a write batch to
  90 a read batch, scheduler begins the elevator from the first entry
  91 on the read expiration FIFO.
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  93 4. Read anticipation.
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  95 Read anticipation occurs only when scheduling a read batch.
  96 This implementation of read anticipation allows only one read request
  97 to be dispatched to the disk controller at a time.  In
  98 contrast, many write requests may be dispatched to the disk controller
  99 at a time during a write batch.  It is this characteristic that can make
 100 the anticipatory scheduler perform anomalously with controllers supporting
 101 TCQ, or with hardware striped RAID devices. Setting the antic_expire
 102 queue parameter (see below) to zero disables this behavior, and the
 103 anticipatory scheduler behaves essentially like the deadline scheduler.
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 105 When read anticipation is enabled (antic_expire is not zero), reads
 106 are dispatched to the disk controller one at a time.
 107 At the end of each read request, the IO scheduler examines its next
 108 candidate read request from its sorted read list.  If that next request
 109 is from the same process as the request that just completed,
 110 or if the next request in the queue is "very close" to the
 111 just completed request, it is dispatched immediately.  Otherwise,
 112 statistics (average think time, average seek distance) on the process
 113 that submitted the just completed request are examined.  If it seems
 114 likely that that process will submit another request soon, and that
 115 request is likely to be near the just completed request, then the IO
 116 scheduler will stop dispatching more read requests for up time (antic_expire)
 117 milliseconds, hoping that process will submit a new request near the one
 118 that just completed.  If such a request is made, then it is dispatched
 119 immediately.  If the antic_expire wait time expires, then the IO scheduler
 120 will dispatch the next read request from the sorted read queue.
 121
 122 To decide whether an anticipatory wait is worthwhile, the scheduler
 123 maintains statistics for each process that can be used to compute
 124 mean "think time" (the time between read requests), and mean seek
 125 distance for that process.  One observation is that these statistics
 126 are associated with each process, but those statistics are not associated
 127 with a specific IO device.  So for example, if a process is doing IO
 128 on several file systems on separate devices, the statistics will be
 129 a combination of IO behavior from all those devices.
 130
 131
 132 Tuning the anticipatory IO scheduler
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 134 When using 'as', the anticipatory IO scheduler there are 5 parameters under
 135 /sys/block/*/queue/iosched/. All are units of milliseconds.
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 137 The parameters are:
 138 * read_expire
 139     Controls how long until a read request becomes "expired". It also controls the
 140     interval between which expired requests are served, so set to 50, a request
 141     might take anywhere < 100ms to be serviced _if_ it is the next on the
 142     expired list. Obviously request expiration strategies won't make the disk
 143     go faster. The result basically equates to the timeslice a single reader
 144     gets in the presence of other IO. 100*((seek time / read_expire) + 1) is
 145     very roughly the % streaming read efficiency your disk should get with
 146     multiple readers.
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 148 * read_batch_expire
 149     Controls how much time a batch of reads is given before pending writes are
 150     served. A higher value is more efficient. This might be set below read_expire
 151     if writes are to be given higher priority than reads, but reads are to be
 152     as efficient as possible when there are no writes. Generally though, it
 153     should be some multiple of read_expire.
 154
 155 * write_expire, and
 156 * write_batch_expire are equivalent to the above, for writes.
 157
 158 * antic_expire
 159     Controls the maximum amount of time we can anticipate a good read (one
 160     with a short seek distance from the most recently completed request) before
 161     giving up. Many other factors may cause anticipation to be stopped early,
 162     or some processes will not be "anticipated" at all. Should be a bit higher
 163     for big seek time devices though not a linear correspondence - most
 164     processes have only a few ms thinktime.
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