Linux 内核IO 调度器之 none vs kyber vs BFQ vs mq-deadline

Multiqueue Block Layer

随着存储设备（特别是NVME+SSD块设备）的性能提升，之前Linux内核里的块存储层的设计已经无法满足需求，主要是单个的request queue成为瓶颈，在多cpu情况下产生大量的锁竞争，效率低下。另一方面，ssd盘在硬件层面早已可以支持百万级的IOPS，这样内核里需要新的blocker层成为必然。

Multiqueue blocker layer依然是内核负责维护块设备层的人提出，其核心架构如图所示:

该架构的核心要点:

1. 将软件层面提交的request queue 和提交到硬件的 queue分开，分别有多个Software queue和hardware queue, 内核为每个CPU（或者socket）维护一个software queue，解决锁竞争问题。
2. hardware queue里的请求会直接发送给设备driver, 比如NVMe设备可能支持多个IO请求/完成 通道，所以hardware queue的数据和硬件相关。
3. IO request的调度发生在software queue这里，主要做的事情和之前的io scheduler(比如cfs, deadline）类似，包括staging(合并和排序，对于ssd设备基本不需要排序)，tagging, 以及fairness的权衡。
4. 在block device设备驱动层面，需要适配一些变化，比如driver要暴露硬件的submission queue的数量和长度，支持Tagged IO。

当前支持multi-queue的drivers包括:virtio-blk, NVMe, scsi, loop等等。

Kyber调度器

在Multiqueue blocker layer在 内核3.13版本合入之后，相应的software queue(也叫soft-context) level的调度器也相应的诞生，其中一个叫做Kyber调度器，该调度器主要是保证io request的latency， 那么显然在某些情况下会牺牲throughput. 做法是通过调整异步IO的队列深度，提高同步IO的队列深度来保证同步IO不被异步IO严重阻塞，这里同步IO往往对应read,异步IO对应write。

Kyber中引入了所谓调度域(domain)的概念，所谓的scheduling domain其实就是指不通类型的IO操作，比如read, write, discard等等。

Kyber可以根据io latency的统计信息动态调整每个调度域在software queue里的深度，如果某个domain的时延满足要求，则减少队列的深度，如果时延比较大，表示没有足够的这类请求被提交到hardware queue，则增大该domain队列深度。

nvme设备使用kyber调度器:

echo kyber > /sys/block/nvme*/queue/scheduler

主要的latency参数调整方法:

/sys/block/nvme* /queue/iosched/read_lat_nsec

/sys/block/nvme* /queue/iosched/write_lat_nsec

/sys/block/nvme* /queue/iosched/discard_lat_nsec

单位是ns,分别对应read/write/disard操作。

BFQ

优点：

1. 系统响应更流畅：在高负载下仍能保持桌面环境的可用性。
2. 适合多任务环境：多个进程同时读写磁盘时，能保持较好的公平性。
3. 对慢速设备优化明显：如机械硬盘或低速 U 盘，能显著提升体验。
4. 减少卡顿：尤其是在后台有大量 I/O 时，前台应用不会被“卡住”。

缺点：

1. 吞吐量略低：相比 none 或 mq-deadline，BFQ 在纯性能测试中可能稍逊。
2. 开销较大：调度逻辑复杂，CPU资源占用略高。
3. 不适合高性能闪存设备：如 NVMe SSD 或高速 U 盘，none 调度器更高效。

MQ-Deadline

关于 mq-deadline 调度器，它是 Linux 多队列块层（Multi-Queue Block Layer）下的一个调度器，主要设计目标是 避免请求饿死，并在一定程度上保持低延迟和高吞吐量。下面是它与其他调度器（BFQ、Kyber、None）的比较，特别是针对 U 盘这类闪存设备：

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🧠 mq-deadline 的特点

• 是传统 deadline 调度器的多队列版本。
• 使用读写分离的 FIFO 队列，确保请求不会长时间等待。
• 适合 IO压力较大、功能单一的场景，如数据库或高并发写入任务。
• 对于闪存设备（如 U 盘），其排序和合并机制可能带来额外开销

多队列调度算法

1. mq-deadline
2. bfq
3. none
4. kyber

单队列调度算法

1. deadline
2. cfq
3. noop

查看目前可用的 IO 调度器

cat /sys/block/sda/queue/scheduler

与其他调度器的比较

调度器	优势	劣势	适合场景
None	最小开销，直接提交请求	无排序优化	高性能闪存设备（如 U 盘、NVMe）
Kyber	动态调整队列深度，读写分离	牺牲部分吞吐量以降低延迟	桌面系统、响应敏感应用
BFQ	高交互性，公平性好	吞吐量略低	多任务环境、桌面系统
mq-deadline	保证请求不会饿死，适度排序	对闪存设备优化不明显	高并发写入、数据库类应用