Как работает Linux I/O scheduler и когда его стоит менять

Диск — один из самых медленных ресурсов в системе. Когда несколько процессов одновременно выполняют операции чтения и записи, ядру Linux нужно решить, в каком порядке и с каким приоритетом обслуживать I/O-запросы.

За это отвечает I/O scheduler (планировщик ввода-вывода). От его работы зависит:

• latency операций,
• пропускная способность диска,
• предсказуемость нагрузки,
• поведение системы под I/O-стрессом.

В этой статье разберём, как работает I/O scheduler в Linux, какие бывают типы и в каких случаях имеет смысл его менять.

Что такое I/O scheduler

I/O scheduler — это компонент ядра Linux, который:

• принимает запросы на чтение и запись,
• упорядочивает их,
• объединяет,
• и отправляет на блочное устройство.

Он работает между файловой системой и драйвером устройства, скрывая сложность реального диска от приложений.

Зачем вообще нужен scheduler

Если отправлять I/O-запросы «как есть»:

• головка HDD будет постоянно прыгать,
• SSD будет получать хаотичные операции,
• высокоприоритетные процессы будут страдать из-за фоновых задач.

Scheduler позволяет:

• уменьшать seek на HDD,
• сглаживать нагрузку,
• обеспечивать fair sharing между процессами,
• контролировать latency.

Классические I/O scheduler’ы

CFQ (Completely Fair Queuing)

Исторически самый популярный scheduler.

Особенности:

• выделяет каждому процессу свою очередь;
• старается распределять диск «справедливо»;
• хорошо подходит для десктопов.

Минусы:

• лишний overhead;
• плохо подходит для SSD;
• убран по умолчанию в новых ядрах.

Deadline

Ориентирован на минимизацию задержек.

Как работает:

• каждому запросу задаётся дедлайн;
• если дедлайн истёк — запрос выполняется немедленно;
• предотвращает starvation.

Подходит:

• для серверов,
• баз данных,
• предсказуемой нагрузки.

NOOP

Самый простой scheduler.

Особенности:

• почти не сортирует запросы;
• передаёт их дальше как есть.

Используется:

• для виртуальных дисков,
• когда реальный scheduler уже есть на другом уровне.

Современные scheduler’ы

MQ-deadline

Эволюция Deadline под multi-queue (blk-mq) архитектуру.

Плюсы:

• низкая latency;
• хорошо масштабируется;
• стабилен под нагрузкой.

Часто используется по умолчанию для серверов.

BFQ (Budget Fair Queuing)

Scheduler, ориентированный на интерактивность.

Особенности:

• выделяет бюджет I/O каждому процессу;
• предсказуемая latency;
• отличен для десктопов.

Минус:

• более сложный;
• редко нужен на серверах

None

Фактически отключает scheduler.

Используется:

• для NVMe;
• в виртуалках;
• когда устройство само управляет очередями.

Как узнать текущий scheduler

cat /sys/block/sda/queue/scheduler

Пример вывода:

none mq-deadline [bfq]

Текущий scheduler отмечен квадратными скобками.

Как изменить I/O scheduler

Временно (до перезагрузки)

echo mq-deadline | sudo tee /sys/block/sda/queue/scheduler

Постоянно (через параметры ядра)

В GRUB:

GRUB_CMDLINE_LINUX="elevator=mq-deadline"

После этого:

sudo update-grub
sudo reboot

Когда имеет смысл менять scheduler

Оставить как есть, если:

• используется NVMe;
• система в облаке;
• нагрузка стандартная.

Стоит поменять, если:

• высокая I/O latency;
• база данных тормозит под нагрузкой;
• HDD с большим количеством random I/O;
• важна предсказуемость отклика.

Типовые рекомендации

Важный момент: scheduler ≠ cgroups

I/O scheduler управляет очередью запросов,
а cgroups управляют распределением ресурсов между процессами.

Это разные уровни, которые дополняют, а не заменяют друг друга.

Итоги

• I/O scheduler — ключевой компонент дисковой подсистемы Linux.
• В новых ядрах используется multi-queue архитектура.
• Для большинства серверов лучше подходит mq-deadline.
• Для NVMe чаще всего scheduler не нужен.
• Менять scheduler стоит только при реальной необходимости и после замеров.

Грамотно выбранный I/O scheduler может заметно снизить latency и сделать систему предсказуемее — без апгрейда железа.