MySQL：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

所谓的操作系统，无论是linux，还是windows，它们自己本身就是软件系统。之所以需要操作系统，是因为我们不可能直接去操作CPU、内存、磁盘这些硬件，所以必须要用操作系统来管理CPU、内存、磁盘、网卡这些硬件设备。

操作系统除了管理硬件设备外，一般会提供一个操作界面给我们：

• 只要打开windows操作系统的电脑，就可以使用各种软件，这些软件运行的时候本质底层都是在使用计算机的CPU、内存、磁盘和网卡，比如基于CPU执行文件编辑操作、基于内存缓存对文件的编辑、基于磁盘存储在文件里输入的内容、基于网卡去进行网络通信等等
• 至于linux系统，其实也是类似的，不过我们一般使用命令行界面而不是可视化界面。我们只要输入各种各样的命令去执行文件编辑、系统部署和运行。本质linux操作系统在底层其实也是利用CPU、内存、磁盘和网卡这些硬件在工作。

linux系统中有一个存储系统，linux就是利用存储系统去管理机器上的机械硬盘、SSD硬盘等存储设备，可以在里面读取数据，或者是写入数据。

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。
• 这一层的作用，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 cahce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的block层，在这一层会把你对文件的IO请求转换给block IO请求，如下图：

• 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CFQ公平调度算法。

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，就会导致它先执行第二个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，就一直在等待它，得不到执行的机会。

所以在这里，建议MySQL的生产环境，需要调整为deadline IO调度算法，它的核心思想是，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，都必须让它去执行。

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。

当IO请求被转交给了IO调度层之后，IO就完成调度，此时会决定哪个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，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。

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

最后

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