Block io priorities

Block I/O priority 개요

`Block io priorities` 기능을 사용하면 오랫동안 CPU scheduling에서 가능했던 것처럼 process 또는 process group에 I/O nice 값을 지정할 수 있습니다.

I/O priority 지원 여부는 I/O scheduler에 따라 달라지며 현재 `bfq`와 `mq-deadline`이 지원합니다.

세 scheduling class

I/O priority에는 process의 I/O service 방식을 결정하는 세 generic scheduling class가 구현되어 있습니다.

`IOPRIO_CLASS_RT`는 realtime I/O class입니다. system의 다른 모든 class보다 priority가 높고 이 class process가 매번 disk에 가장 먼저 접근합니다. 하나의 I/O RT process가 system 전체를 starve할 수 있으므로 주의해서 사용해야 합니다.

RT class 안에는 service할 때마다 process가 disk를 얼마나 오래 필요로 하는지 정하는 class data level 8개가 있습니다. 향후에는 원하는 data rate를 전달해 performance에 더 직접 mapping하는 방식으로 바뀔 수 있습니다.

`IOPRIO_CLASS_BE`는 specific I/O priority를 설정하지 않은 모든 process의 default인 best-effort scheduling class입니다. class data는 process가 받을 I/O bandwidth를 결정하며 CPU nice level과 직접 mapping되지만 더 거친 단계로 구현됩니다.

BE priority level은 `0`이 가장 높고 `7`이 가장 낮습니다. CPU nice level과 I/O nice level 사이 mapping은 `io_nice = (cpu_nice + 20) / 5`로 계산합니다.

`IOPRIO_CLASS_IDLE`은 idle scheduling class입니다. 이 level의 process는 다른 어느 process도 disk를 필요로 하지 않을 때만 I/O time을 받습니다. 여기에는 class data가 적용되지 않으므로 idle class에는 class data가 없습니다.

ionice 사용법

sample `ionice` tool의 기본 사용법은 다음과 같습니다.

# ionice -c<class> -n<level> -p<pid>

`pid`를 주지 않으면 current process를 대상으로 합니다. I/O priority setting은 fork 때 inherit되므로 다음처럼 process를 특정 level에서 시작할 수 있습니다.

# ionice -c2 -n0 /bin/ls

이 명령은 `ls`를 best-effort scheduling class의 가장 높은 priority로 실행합니다. 이미 실행 중인 process에는 다음처럼 pid를 지정합니다.

# ionice -c1 -n2 -p100

이 명령은 pid `100`을 realtime scheduling class의 priority `2`로 변경합니다.

ionice.c reference implementation

원문이 제공하는 `ionice.c` sample implementation은 다음과 같습니다. architecture별 syscall number, priority class·target enum, class bit shift, get/set mode와 command execution을 포함합니다.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <getopt.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ptrace.h>
#include <asm/unistd.h>

extern int sys_ioprio_set(int, int, int);
extern int sys_ioprio_get(int, int);

#if defined(__i386__)
#define __NR_ioprio_set                289
#define __NR_ioprio_get                290
#elif defined(__ppc__)
#define __NR_ioprio_set                273
#define __NR_ioprio_get                274
#elif defined(__x86_64__)
#define __NR_ioprio_set                251
#define __NR_ioprio_get                252
#else
#error "Unsupported arch"
#endif

static inline int ioprio_set(int which, int who, int ioprio)
{
      return syscall(__NR_ioprio_set, which, who, ioprio);
}

static inline int ioprio_get(int which, int who)
{
      return syscall(__NR_ioprio_get, which, who);
}

enum {
      IOPRIO_CLASS_NONE,
      IOPRIO_CLASS_RT,
      IOPRIO_CLASS_BE,
      IOPRIO_CLASS_IDLE,
};

enum {
      IOPRIO_WHO_PROCESS = 1,
      IOPRIO_WHO_PGRP,
      IOPRIO_WHO_USER,
};

#define IOPRIO_CLASS_SHIFT        13

const char *to_prio[] = { "none", "realtime", "best-effort", "idle", };

int main(int argc, char *argv[])
{
      int ioprio = 4, set = 0, ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
      int c, pid = 0;

      while ((c = getopt(argc, argv, "+n:c:p:")) != EOF) {
              switch (c) {
              case 'n':
                      ioprio = strtol(optarg, NULL, 10);
                      set = 1;
                      break;
              case 'c':
                      ioprio_class = strtol(optarg, NULL, 10);
                      set = 1;
                      break;
              case 'p':
                      pid = strtol(optarg, NULL, 10);
                      break;
              }
      }

      switch (ioprio_class) {
              case IOPRIO_CLASS_NONE:
                      ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
                      break;
              case IOPRIO_CLASS_RT:
              case IOPRIO_CLASS_BE:
                      break;
              case IOPRIO_CLASS_IDLE:
                      ioprio = 7;
                      break;
              default:
                      printf("bad prio class %d\n", ioprio_class);
                      return 1;
      }

      if (!set) {
              if (!pid && argv[optind])
                      pid = strtol(argv[optind], NULL, 10);

              ioprio = ioprio_get(IOPRIO_WHO_PROCESS, pid);

              printf("pid=%d, %d\n", pid, ioprio);

              if (ioprio == -1)
                      perror("ioprio_get");
              else {
                      ioprio_class = ioprio >> IOPRIO_CLASS_SHIFT;
                      ioprio = ioprio & 0xff;
                      printf("%s: prio %d\n", to_prio[ioprio_class], ioprio);
              }
      } else {
              if (ioprio_set(IOPRIO_WHO_PROCESS, pid, ioprio | ioprio_class << IOPRIO_CLASS_SHIFT) == -1) {
                      perror("ioprio_set");
                      return 1;
              }

              if (argv[optind])
                      execvp(argv[optind], &argv[optind]);
      }

      return 0;
}

원문 기록: `March 11 2005, Jens Axboe <[email protected]>`.