34 生产经验：Linux操作系统的存储系统软件层原理剖析以及IO调度优化原理

简单来说，我们今天要讲解的就是Linux操作系统的存储系统，Linux利用这套存储系统去管理我们的机器上的机械硬盘、SSD固态硬盘，这些存储设备，可以在里面读取数据，或者是写入数据。

理解了这个，你就理解了MySQL执行的数据页随机读写，redo log日志文件顺序读写的磁盘IO操作，在Linux的存储系统中是如何执行的。

简单来说，Linux的存储系统分为VFS层、文件系统层、Page Cache缓存层、通用Block层、IO调度层、Block设备驱动层、Block设备层，如下图：

当MySQL发起一次数据页的随机读写，或者是一次redo log日志文件的顺序读写的时候，实际上会把磁盘IO请求交给Linux操作系统的VFS层。

VFS层的作用，就是根据你是对哪个目录中的文件执行的磁盘IO操作，把IO请求交给具体的文件系统。

举个例子，在linux中，有的目录比如/xx1/xx2里的文件其实是由NFS文件系统管理的，有的目录比如/xx3/xx4里的文件其实是由Ext3文件系统管理的，那么这个时候VFS层需要根据你是对哪个目录下的文件发起的读写IO请求，把请求转交给对应的文件系统，如下图所示。

接着文件系统会先在Page Cache这个基于内存的缓存里找你要的数据在不在里面，如果有就基于内存缓存来执行读写，如果没有就继续往下一层走，此时这个请求会交给通用Block层，在这一层会把你对文件的IO请求转换为Block IO请求，如下图所示。

接着IO请求转换为Block IO请求之后，会把这个Block IO请求交给IO调度层，在这一层里默认是用 CFQ公平调度算法的。

也就是说，可能假设此时你数据库发起了多个SQL语句同时在执行IO操作。

有一个SQL语句可能非常简单，比如update xxx set xx1=xx2 where id=1，他其实可能就只要更新磁盘上的一个block里的数据就可以了。

但是有的SQL语句，比如说select * from xx where xx1 like "%xx%"可能需要IO读取磁盘上的大量数据。

那么此时如果基于公平调度算法，就会导致他先执行第二个SQL语句的读取大量数据的IO操作，耗时很久，然后第一个仅仅更新少量数据的SQL语句的IO操作，就一直在等待他，得不到执行的机会。

所以在这里，其实一般建议MySQL的生产环境，需要调整为deadline IO调度算法，他的核心思想就是，任何一个IO操作都不能一直不停的等待，在指定时间范围内，都必须让他去执行。

所以基于deadline算法，上面第一个SQL语句的更新少量数据的IO操作可能在等待一会儿之后，就会得到执行的机会，这也是一个生产环境的IO调度优化经验。

我们看下图，此时IO请求被转交给了IO调度层。

最后IO完成调度之后，就会决定哪个IO请求先执行，哪个IO请求后执行，此时可以执行的IO请求就会交给Block设备驱动层，

然后最后经过驱动把IO请求发送给真正的存储硬件，也就是Block设备层，如下图所示。

然后硬件设备完成了IO读写操作之后，要不然是写，要不然是读，最后就把响应经过上面的层级反向依次返回，最终MySQL可以得到本次IO读写操作的结果。

这就是MySQL跟Linux存储系统交互的的一个原理剖析，包括里面的IO调度算法那块的一个优化的点。