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blk-iocost權重限速功能是Alibaba Cloud Linux對cgroup I/O子系統（blkcg）基于權重的磁盤限速功能的改進。它是一種I/O控制器，可以根據應用程序或進程的優先級為塊設備上的I/O操作分配帶寬，并且可以通過設置權重值來限制特定應用程序或進程對塊設備的I/O帶寬使用，以便幫助您更好地實現對磁盤I/O資源的控制和管理。

說明

cgroup v1和cgroup v2是Linux內核中的兩個不同版本的資源管理功能。在Alibaba Cloud Linux內核中，blk-iocost功能同時支持cgroup v1和v2接口，但通常在一個系統中只有一個版本是被激活和使用的。您可以通過stat -fc %T /sys/fs/cgroup命令查看當前系統使用的是cgroup v1接口還是cgroup v2接口：

回顯為tmpfs：表示cgroup v1接口。
回顯為cgroup2fs：表示cgroup v2接口。

接口說明

cost.qos接口
該接口用于開啟或關閉blk-iocost功能以及基于延遲（latency）權重限制I/O服務質量（QoS）的速率。是一個可讀可寫接口，接口文件只存在于blkcg根組，且在不同cgroup中的完整名稱不同：
- cgroup v1：接口文件完整名稱為blkio.cost.qos。
- cgroup v2：接口文件完整名稱為io.cost.qos。
接口配置說明：
每行配置以設備的Major號和Minor號開頭，格式為MAJ:MIN（通過lsblk | grep <云盤名稱>命令查詢設備號），后邊銜接其他配置項，說明如下。
- enable：是否開啟blk-iocost功能。
  - 默認值0：關閉blk-iocost功能。
  - 修改為1：開啟blk-iocost功能。
- ctrl：控制模式，可選值為auto和user。
  - auto：系統自動探測設備類型并使用內置參數。
    重要
    設置ctrl=auto時，如果ECS實例掛載的云盤存儲類型為SSD云盤、ESSD云盤或NVMe SSD本地盤等固態存儲設備時，需要手動將對應云盤的rotational屬性設置為0。blk-iocost可以更準確地估計I/O成本并相應地調整其調度策略，以提高固態存儲設備的I/O性能。命令示例如下：
    sudo sh -c 'echo 0 > /sys/block/<DISK_NAME>/queue/rotational' #<DISK_NAME>需替換為實際的云盤名稱
  - user：需要用戶手動設置以下控制參數。
    rpct：讀延遲百分比，取值范圍為[0,100]。
    rlat：讀延遲，單位為us。
    wpct：寫延遲百分比，取值范圍為[0,100]。
    wlat：寫延遲，單位為us。
    min：最小速率調整比例，取值范圍為[1,10000]。
    max：最大速率調整比例，取值范圍為[1,10000]。
cost.model接口
該接口用于設置成本模型（cost model）。是一個可讀可寫接口，接口文件只存在于blkcg根組，且在不同cgroup中的完整名稱不同：
- cgroup v1：接口文件完整名稱為blkio.cost.model。
- cgroup v2：接口文件完整名稱為io.cost.model。
接口配置說明：
每行配置以設備的Major號和Minor號開頭，格式為MAJ:MIN（通過lsblk | grep <云盤名稱>命令查詢設備號），后邊銜接其他配置項，說明如下。
- ctrl：控制模式，可選值為auto和user
  - auto：系統基于當前工作負載自動優化I/O調度策略。
    重要
    設置ctrl=auto時，如果ECS實例掛載的云盤存儲類型為SSD云盤、ESSD云盤或NVMe SSD本地盤等固態存儲設備時，需要手動將對應云盤的rotational屬性設置為0。blk-iocost可以更準確地估計I/O成本并相應地調整其調度策略，以提高固態存儲設備的I/O性能。命令示例如下：
    sudo sh -c 'echo 0 > /sys/block/<DISK_NAME>/queue/rotational' #<DISK_NAME>需替換為實際的云盤名稱
  - user：需要用戶手動輸入模型參數。
- model：模型參數，當前只實現了一種模型linear。當模型參數為linear時，定義如下建模參數。
  - [r|w]bps：最大順序IO帶寬。
  - [r|w]seqiops：順序IOPS（Input/Output Operations Per Second）。
  - [r|w]randiops：隨機IOPS。
    說明
    以上參數可以使用內核源碼中的tools/cgroup/iocost_coef_gen.py腳本來生成，然后寫入cost.model接口文件內設置成本模型。
weight（Alibaba Cloud Linux 3）/cost.weight（Alibaba Cloud Linux 2）接口
該接口可以為每個設備配置權重，也可以修改該整個子組的默認權重（100），范圍為[1,10000]。是一個可讀可寫接口，接口文件只存在blkcg的子組中，且在不同cgroup中的完整名稱不同：
Alibaba Cloud Linux 3
在不同cgroup中的完整名稱不同：
cgroup v1：接口文件完整名稱為blkio.cost.weight。
cgroup v2：接口文件完整名稱為io.weight。
Alibaba Cloud Linux 2
cgroup v1：接口文件完整名稱為blkio.cost.weight。
cgroup v2：接口文件完整名稱為io.cost.weight。
接口配置說明：
- 為接口設置權重值<weight>：表示修改blkcg的默認權重。
- 為接口設置端口號和權重值MAJ:MIN <weight>：表示修改設備上的blkcg的權重。

功能限制

僅以下內核版本的Alibaba Cloud Linux鏡像支持配置blk-iocost功能：

Alibaba Cloud Linux 2：4.19.81-17及以上內核版本。
Alibaba Cloud Linux 3：所有版本。

操作步驟

步驟一：使用cost.qos接口開啟blk-iocost功能

場景示例：使用cost.qos接口為設備254:48開啟blk-iocost功能，并且當讀寫請求延遲rlat|wlat有5%超過5ms時，認為磁盤飽和。內核將進行磁盤發送請求速率的調整，調整區間為最低降至原速率的50%，最高升至原速率的150%。cgroup v1接口和cgroup v2接口命令分別如下。

cgroup v1接口

sudo sh -c 'echo "254:48 enable=1 ctrl=user rpct=95.00 rlat=5000 wpct=95.00 wlat=5000 min=50.00 max=150.00" > /sys/fs/cgroup/blkio/blkio.cost.qos'

cgroup v2接口

sudo sh -c 'echo "254:48 enable=1 ctrl=user rpct=95.00 rlat=5000 wpct=95.00 wlat=5000 min=50.00 max=150.00" > /sys/fs/cgroup/io.cost.qos'

步驟二：使用cost.model接口設置成本模型

場景示例：使用cost.model接口在設備254:48上使用用戶輸入的linear建模參數設置模型。cgroup v1接口和cgroup v2接口命令分別如下。

cgroup v1接口

sudo sh -c 'echo "254:48 ctrl=user model=linear rbps=2706339840 rseqiops=89698 rrandiops=110036 wbps=1063126016 wseqiops=135560 wrandiops=130734" > /sys/fs/cgroup/blkio/blkio.cost.model'

cgroup v2接口

sudo sh -c 'echo "254:48 ctrl=user model=linear rbps=2706339840 rseqiops=89698 rrandiops=110036 wbps=1063126016 wseqiops=135560 wrandiops=130734" > /sys/fs/cgroup/io.cost.model'

步驟三：使用weight接口修改權重

場景示例：通過步驟一：使用cost.qos接口開啟blk-iocost功能或步驟二：使用cost.model接口設置成本模型配置cost.qos或cost.model接口開啟blk-iocost功能之后，創建blkcg1（cgroup v1）/cg1（cgroup v2）控制組并使用cost.weight（cgroup v1）/weight（cgroup v2）接口將控制組的默認權重修改為50，然后設置控制組在設備254:48上的權重為50，cgroup v1接口和cgroup v2接口命令分別如下。

cgroup v1接口

sudo mkdir /sys/fs/cgroup/blkio/blkcg1    # 創建控制組blkcg1
sudo sh -c 'echo "50" > /sys/fs/cgroup/blkio/blkcg1/blkio.cost.weight'    # 將默認權重修改為50
sudo sh -c 'echo "254:48 50" > /sys/fs/cgroup/blkio/blkcg1/blkio.cost.weight'    #將設備上的權重設置為50

cgroup v2接口

Alibaba Cloud Linux 2

sudo mkdir /sys/fs/cgroup/cg1    # 創建控制組cg1
sudo sh -c 'echo "50" > /sys/fs/cgroup/cg1/io.cost.weight'    # 將默認權重修改為50
sudo sh -c 'echo "254:48 50" > /sys/fs/cgroup/cg1/io.cost.weight'    #將設備上的權重設置為50

Alibaba Cloud Linux 3

sudo mkdir /sys/fs/cgroup/cg1    # 創建控制組cg1
sudo sh -c 'echo "50" > /sys/fs/cgroup/cg1/io.weight'    # 將默認權重修改為50
sudo sh -c 'echo "254:48 50" > /sys/fs/cgroup/cg1/io.weight'    #將設備上的權重設置為50

常用監測工具

blk-iocost需要能夠監控和評估系統的I/O性能，可以通過以下工具或接口來監測I/O資源的使用情況，以便幫助您更好地理解和調優I/O資源的使用情況。

iocost monitor腳本
Linux內核源碼中的tools/cgroup/iocost_monitor.py腳本基于drgn調試器可以直接獲取內核參數進行I/O性能數據的監控輸出。腳本使用方式如下。
1. 首先確保安裝drgn調試器。示例命令：
  sudo pip3 install drgn
  更多關于drgn的信息，請參見drgn。
2. （可選）下載 iocost_monitor.py。
  如果您沒有下載完整的Linux內核源碼，需要從Linux內核的公共倉庫克隆或下載 iocost_monitor.py 腳本。示例命令：
  wget https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/plain/tools/cgroup/iocost_monitor.py
3. 運行 iocost_monitor.py腳本。示例命令（以vdd云盤為例）：
  sudo python3 ./iocost_monitor.p vdd
  返回結果示例如下。
  vdd RUN per=500.0ms cur_per=3930.839:v14620.321 busy= +1 vrate=6136.22% params=hdd active weight hweight% inflt% dbt delay usages% blkcg1 * 50/ 50 9.09/ 9.09 0.00 0 0*000 009:009:009 blkcg2 * 500/ 500 90.91/ 90.91 0.00 0 0*000 089:091:092
cgroup v1接口下的blkio.cost.stat接口
Alibaba Cloud Linux內核提供了在cgroup v1接口下的blk-iocost統計接口，該接口文件中記錄了每個受控制的設備的QoS數據。查看該接口文檔的命令如下。
```
cat /sys/fs/cgroup/blkio/blkcg1/blkio.cost.stat
```
返回結果示例如下。
```
254:48 is_active=1 active=50 inuse=50 hweight_active=5957 hweight_inuse=5957 vrate=159571
```

ftrace監測工具

Alibaba Cloud Linux內核提供了blk-iocost相關的ftrace工具。對于 blk-iocost 功能，ftrace可以幫助捕捉調度器的決策過程，詳細跟蹤I/O請求的處理，從而提供深入的性能分析。使用方式如下。

將enable屬性設置為1，開啟ftrace工具。

sudo sh -c 'echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/iocost/enable'

查看信息輸出接口。

sudo cat /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe

返回結果示例如下。

    dd-1593  [008] d...   688.565349: iocost_iocg_activate: [vdd:/blkcg1] now=689065289:57986587662878 vrate=137438 period=22->22 vtime=0->57986365150756 weight=50/50 hweight=65536/65536
    dd-1593  [008] d.s.   688.575374: iocost_ioc_vrate_adj: [vdd] vrate=137438->137438 busy=0 missed_ppm=0:0 rq_wait_pct=0 lagging=1 shortages=0 surpluses=1
<idle>-0     [008] d.s.   688.608369: iocost_ioc_vrate_adj: [vdd] vrate=137438->137438 busy=0 missed_ppm=0:0 rq_wait_pct=0 lagging=1 shortages=0 surpluses=1
    dd-1594  [006] d...   688.620002: iocost_iocg_activate: [vdd:/blkcg2] now=689119946:57994099611644 vrate=137438 period=22->26 vtime=0->57993412421644 weight=250/250 hweight=65536/65536
<idle>-0     [008] d.s.   688.631367: iocost_ioc_vrate_adj: [vdd] vrate=137438->137438 busy=0 missed_ppm=0:0 rq_wait_pct=0 lagging=1 shortages=0 surpluses=1
<idle>-0     [008] d.s.   688.642368: iocost_ioc_vrate_adj: [vdd] vrate=137438->137438 busy=0 missed_ppm=0:0 rq_wait_pct=0 lagging=1 shortages=0 surpluses=1
<idle>-0     [008] d.s.   688.653366: iocost_ioc_vrate_adj: [vdd] vrate=137438->137438 busy=0 missed_ppm=0:0 rq_wait_pct=0 lagging=1 shortages=0 surpluses=1
<idle>-0     [008] d.s.   688.664366: iocost_ioc_vrate_adj: [vdd] vrate=137438->137438 busy=0 missed_ppm=0:0 rq_wait_pct=0 lagging=1 shortages=0 surpluses=1

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配置blk-iocost權重限速

接口說明

cost.qos接口

cost.model接口

weight（Alibaba Cloud Linux 3）/cost.weight（Alibaba Cloud Linux 2）接口

Alibaba Cloud Linux 3

Alibaba Cloud Linux 2

功能限制

操作步驟

步驟一：使用cost.qos接口開啟blk-iocost功能

cgroup v1接口

cgroup v2接口

步驟二：使用cost.model接口設置成本模型

cgroup v1接口

cgroup v2接口

步驟三：使用weight接口修改權重

cgroup v1接口

cgroup v2接口

常用監測工具