Block multi-queue

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blk-mq属于Linux Storage Stack中的Block Layer。

在如今的低延迟、高吞吐的新型存储设备下，原有的为HDD实现的单队列I/O框架成为了存储系统的瓶颈。单队列I/O框架一方面锁竞争导致其多核扩展性较差，同时会带来远程内存访问的问题，另外也无法充分利用如今支持多硬件队列的高性能存储设备，如SSD的优势。因此blk-mq框架提出了多软件队列-多硬件队列的I/O模型。首先每个核一个软件队列，提升了软件队列一层的扩展性（可以各自进行请求调度、聚合），然后不同的软件队列映射到不同的硬件队列中，充分利用硬件中的并行I/O能力。

传统单队列框架存在的问题

见 Multi-queue 架构分析

现在的多队列框架

见 Multi-queue 架构分析

TODO: 目前硬件队列和软件队列的映射关系是如何确定的？有什么限制吗？

一些研究

  1. blk-mq 存在这样的问题：Software Queue只能对应一个Hardware Queue，这样子的话，在单个core上同时运行延迟敏感型应用和吞吐敏感型应用时，吞吐敏感型应用会把队列阻塞住，产生Head of Line现象，导致延迟敏感型应用的延迟表现非常糟糕。在这样的背景下，blk-switch[1]优化了Software Queue和Hardware Queue的对应关系：每个应用类别有自己的Software Queue，对于吞吐敏感型应用，还可以将自己的请求转发到别的核上的Hardware queue来处理。

参考资料

  1. kernel docs
  2. SYSTOR’13 Linux Block I/O
  3. Multi-queue 架构分析
  4. Linux Multi-Queue Block IO Queueing Mechanism (blk-mq) Details
  5. High Performance Storage with blk-mq and scsi-mq

相关文献

[1] J. Hwang, M. Vuppalapati, S. Peter, and R. Agarwal, “Rearchitecting Linux Storage Stack for µs Latency and High Throughput,” presented at the 15th {USENIX} Symposium on Operating Systems Design and Implementation ({OSDI} 21), 2021, pp. 113–128 [Online]. Available: https://www.usenix.org/conference/osdi21/presentation/hwang. [Accessed: 23-Jul-2021]

提到本笔记的相关内容

OSDI'21 存储类文章
在OSDI’21的Storage Track中，Session Chairs是：Dushyanth Narayanan和 Gala Yadgar。Dushyanth Narayanan是微软Holographic Storage Device for the Cloud项目和FaRM项目中的Senior Principal Researcher（高级首席研究员）。Holographic Storage（全息存储）看起来是下一代的归档型存储，FaRM项目则和RDMA、分布式一致性有关。Gala Yadgar是来自以色列理工大学的副教授，看个人介绍也是一个纯粹做存储系统的学者。

笔记连接图