Linux Block Layer (blk) 详解
背景介绍
Linux内核的Block Layer（简称blk）是一个用于管理块设备I/O操作的子系统，它介于上层的文件系统和下层的硬件驱动之间，负责处理数据在存储设备上的传输、缓存以及调度，随着存储技术的不断发展，尤其是固态硬盘（SSD）和NVMe等高速存储设备的普及，传统的单队列块层已经难以满足现代高性能计算的需求，Linux内核引入了多队列块层（blk-mq），以提升并发性和响应性。
blk-mq架构解析
1. Software Queue与Hardware Queue
blk-mq引入了两层队列的概念：Software Queue和Hardware Queue，这种设计旨在解决传统单队列系统中存在的多个问题，如多核竞争访问、跨NUMA中断处理和内存访问等。
Software Queue：数量与CPU核心数相等或与NUMA区域的数量相等，避免了不同CPU核心之间的竞争，每个Software Queue都对应一个特定的优先级，用于处理特定类型的I/O请求。
Hardware Queue：数量由底层驱动决定，可以是单个或多个，Hardware Queue直接与存储设备的硬件队列对接，确保高效的数据传输。
工作原理
当系统接收到I/O请求时，根据请求的优先级将其分配到对应的Software Queue中，每个Software Queue采用自己的I/O调度策略，如先进先出（FIFO）、最短作业优先（SFS）等，Software Queue将请求传递给Hardware Queue，由硬件直接处理这些请求。
性能优势
通过分离软件和硬件队列，blk-mq显著提高了系统的并发性和响应性，它解决了以下几个关键问题：
减少锁竞争：由于Software Queue的数量固定，且与CPU核心数相等，因此不会发生多个CPU核心同时访问同一个队列的情况，从而减少了锁竞争。
优化中断处理：Hardware Queue与底层硬件直接交互，减少了中断处理的开销。
提高内存访问效率：通过合理的队列映射，减少了跨NUMA区域的内存访问，提高了内存访问效率。
blktrace工具使用指南
blktrace是Linux内核提供的一个强大的块层跟踪工具，可以帮助开发者分析和调试块设备的I/O操作，以下是blktrace的基本使用方法：
安装与配置
确保你的Linux系统已经安装了blktrace工具，如果尚未安装，可以使用以下命令进行安装：
sudo apt-get install blktrace
基本用法
启用跟踪
要启用对某个块设备的跟踪，可以使用以下命令：
echo 1 > /sys/block/mmcblk0/trace
这将启用对mmcblk0设备的跟踪，你可以根据需要替换为其他块设备的名称。
运行测试用例
运行一个测试用例以生成I/O请求，可以使用dd命令向设备写入数据：
dd if=/dev/zero of=/dev/mmcblk0 bs=4k count=1024 of conv=fsync
捕获跟踪日志
在测试用例运行期间，可以捕获跟踪日志，设置缓冲区大小：
echo 10000 > /sys/kernel/debug/tracing/buffer_size_kb
启用跟踪并指定跟踪器类型：
echo blk > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on
运行测试用例后，禁用跟踪并保存日志：
echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on cat /sys/kernel/debug/tracing/trace > test_trace.txt
分析跟踪日志
捕获到的跟踪日志可以使用blkparse工具进行分析：
blkparse -i test_trace.txt
这将输出详细的I/O请求信息，包括请求类型、大小、起始地址和完成时间等。
lsblk与blkid命令详解
lsblk命令
lsblk（list block devices）是一个用于列出所有块设备的命令，它可以显示设备的名称、大小、挂载点等信息，以下是一些常见的用法：
列出所有块设备：
lsblk
列出特定设备的信息：
lsblk /dev/sda
以树状结构显示设备：
lsblk -f
blkid命令
blkid（block id）是一个用于显示块设备标识信息的命令，例如文件系统类型、UUID、标签等，以下是一些常见的用法：
显示特定设备的标识信息：
blkid /dev/sda1
显示所有设备的标识信息：
blkid
以特定格式显示标识信息：
blkid -o export /dev/sda1
查找指定文件系统类型的设备：
blkid -t TYPE=ext4
归纳与展望
Linux Block Layer及其相关工具如blk-mq、blktrace、lsblk和blkid等，为开发者提供了强大的手段来管理和优化块设备的I/O操作，随着存储技术的不断进步，我们可以预见未来Linux内核将继续演进，以支持更高效、更智能的存储解决方案，对于开发者而言，深入了解和掌握这些工具和技术，将是提升系统性能和稳定性的关键。
到此，以上就是小编对于“blk linux”的问题就介绍到这了，希望介绍的几点解答对大家有用，有任何问题和不懂的，欢迎各位朋友在评论区讨论，给我留言。
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