Linux 운영체제를 사용하다 보면 I/O 스케줄러를 다룰 일이 발생한다.
I/O 스케줄러는 Disk Device에 대한 I/O 요청을 정렬 및 병합하며 처리 순서를 결정한다.
Linux OS의 배포판 별로 지원하는 I/O 스케줄러의 종류는 다양하며, 오늘은 AWS의 Amazon Linux2에서 지원하는 아래의 3개의 I/O 스케줄러 유형에 대하여 알아보려고 한다. Amazon Linux 2는 RHEL 에서 지원하는 I/O 스케줄러를 사용하고 있는것을 확인하였다.
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각각의 I/O 스케줄러는 I/O 요청을 처리하는 방식이 다르며 장착된 물리적 디스크의 종류 (HDD 또는 SSD)에 따라서 적용하는 I/O 스케줄러도 달라지게 된다. 오늘 글에서는 아래의 순서를 통해서 현재 OS의 I/O 스케줄러를 확인하는 방법 및 변경하는 방법, 워크로드 별 적합한 I/O 스케줄러에 대하여 살펴보려고 한다.
I/O 스케줄러 확인 및 변경 방법
Linux 서버에 장착된 디스크별 설정된 I/O 스케줄러는 아래와 같은 방법으로 확인 및 수정 할 수 있다.
1. 확인
[root@al2 ~]# cat /sys/block/nvme0n1/queue/scheduler
[none] mq-deadline kyber bfq
2. 변경
[root@al2 ~]# echo bfq > /sys/block/nvme0n1/queue/scheduler
[root@al2 ~]# cat /sys/block/nvme0n1/queue/scheduler
mq-deadline kyber [bfq] none
3. Iosched 폴더 확인
I/O 스케줄러를 변경하게 되면, 이에 따라서 Iosched 폴더의 파일의 내용이 변경되게 된다. 이러한 파라미터의 변경으로 각각의 스케줄러는 서로 다르게 동작하는 것을 알 수 있다.
(1). bfq
[root@al2 queue]# ls iosched
back_seek_max fifo_expire_async low_latency slice_idle strict_guarantees back_seek_penalty fifo_expire_sync max_budget slice_idle_us timeout_sync
(2). mq-deadline
[root@al2 queue]# ls iosched
fifo_batch front_merges read_expire write_expire writes_starved
(3). kyber
[root@al2 queue]# ls iosched
read_lat_nsec write_lat_nsec
워크로드 별 I/O 스케줄러
디스크 유형인 SSD, HDD에 따라 권장되는 I/O 스케줄러가 다르게 존재한다. 그 이유로는 디스크 유형별 데이터를 읽고 쓰는 물리적 차이에 따라 발생한다. HDD와 같은 경우 직접 데이터가 저장되어 있는 또는 저장될 플래터의 위치로 헤드가 움직여야 하는 물리적 한계가
존재하기 때문에 I/O 큐가 랜덤하게 요청되는 작업보다는 I/O 순차 작업에 유리하다. 반면 SSD는 이러한 한계(*탐색지연, 회전지연등)로 부터 자유롭기 때문에 랜덤 I/O 요청에 유리하게 된다.
| SCSI 인터페이스가 있는 기존 HDD | mq-deadline 또는 bfq 를 사용합니다. |
| 고성능 SSD 또는 빠른 스토리지가 있는 CPU 바운드 시스템 | 특히 엔터프라이즈 애플리케이션을 실행할 때는 none 을 사용합니다. 또는 kyber 를 사용합니다. |
| 데스크탑 또는 대화형 작업 | bfq 사용. |
| 가상 게스트 | mq-deadline 사용. 멀티 큐를 사용할 수 있는 HBA(호스트 버스 어댑터) 드라이버에서는 none 을 사용합니다. |
1. NOOP (No Operation)
- 특성: FIFO(First In, First Out) 큐를 사용하여, 최소한의 오버헤드로 요청을 처리합니다. 별도의 정렬이나 복잡한 로직 없이 들어온 순서대로 처리합니다.
- 권장 워크로드: SSD 및 SAN(Storage Area Network)과 같은 고속 스토리지 시스템에서 권장됩니다. 이러한 시스템들은 자체적으로 I/O 최적화를 수행하기 때문에, 추가적인 스케줄링 로직이 오히려 성능을 저하시킬 수 있습니다.
2. Deadline
- 특성: 읽기/쓰기 요청이 데드라인을 넘기지 않도록 보장합니다. 데드라인을 기반으로 요청을 정렬하여, 요청이 오래 대기하지 않도록 합니다.
- 권장 워크로드: 대부분의 일반적인 워크로드에 적합하며, 특히 읽기/쓰기 요청의 지연 시간을 최소화해야 하는 데이터베이스 서버와 같은 환경에서 좋습니다.
3. CFQ (Completely Fair Queuing)
- 특성: 프로세스별로 I/O 대역폭을 공평하게 분배합니다. 각 프로세스에 대한 I/O 요청을 별도로 관리하여, 한 프로세스의 I/O 요청이 다른 프로세스의 성능에 영향을 미치지 않도록 합니다.
- 권장 워크로드: 멀티태스킹 환경에서 여러 프로세스가 동시에 다양한 I/O 작업을 수행할 때 적합합니다. 일반적인 데스크탑 환경이나 대화형 시스템에서 유용합니다.
4. BFQ (Budget Fair Queuing)
- 특성: CFQ와 유사하게 프로세스별로 I/O 대역폭을 공평하게 분배하지만, 더 정교한 방식으로 I/O 성능을 관리합니다.
- 권장 워크로드: 멀티미디어 처리 및 실시간 애플리케이션과 같이 일관된 응답 시간이 중요한 환경에서 좋습니다.
5. mq-deadline (멀티 큐 데드라인)
- 특성: Deadline 스케줄러의 멀티 큐 버전으로, 멀티코어 시스템에서 각 코어가 자체 I/O 큐를 관리할 수 있도록 합니다.
- 권장 워크로드 :
- 멀티코어 시스템에서의 고성능 I/O 처리
- 읽기/쓰기 요청의 시간 민감성이 중요한 환경
- 높은 I/O 처리량과 낮은 지연 시간이 요구되는 환경
대표적으로 많이 사용하는 Deadline / CFQ 에 대해서는 아래의 그림을 참고하여 동작 원리를 살펴 볼 수 있다.
Deadline
CFQ
Linux I/O 스케줄러를 잘 이용한다면 운영하는 서비스의 워크로드의 I/O 작업을 최적화 할 수 있을 것으로 보인다.
나중에 기회가 된다면 직접 이를 테스트 해보고 I/O 스케줄별 벤치마크 결과를 정리해 보려고 한다.
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