面试题：特定场景下MySQL磁盘队列调度策略优化

Question

假设在一个高并发写入的MySQL应用场景中，当前使用的磁盘队列调度策略导致写入性能瓶颈，你会如何分析并选择合适的调度策略进行优化？请阐述具体的分析步骤和优化思路。

Answer 1

分析步骤

1. 收集系统性能数据
   • 使用工具如 iostat 来获取磁盘的基本I/O统计信息，包括每秒的读/写请求数（r/s，w/s）、每秒读/写的数据量（rkB/s，wkB/s）、平均每次I/O操作的等待时间（await）等。
   • 利用 sar -d 命令按时间间隔收集磁盘I/O性能数据，以便分析性能随时间的变化趋势。
   • 在MySQL层面，通过 SHOW STATUS 查看与磁盘I/O相关的状态变量，如 Innodb_data_read，Innodb_data_written 等，了解数据库层面的磁盘数据读写量。
2. 分析当前调度策略特点
   • 了解当前使用的磁盘队列调度策略，例如 CFQ（完全公平队列调度器）、Deadline 或 NOOP。
   • CFQ 试图为每个I/O请求公平地分配带宽，适用于通用桌面和服务器场景，但在高并发写入时可能因过于追求公平而导致性能问题。
   • Deadline 调度策略为每个请求设置了一个截止时间，优先处理即将超时的请求，有助于减少I/O请求的延迟，在高并发写入场景下可能更有优势。
   • NOOP 调度器只是简单地将I/O请求放入FIFO队列，几乎不做任何调度，适用于闪存设备等不需要复杂调度的存储。
3. 评估业务I/O特点
   • 分析MySQL应用的I/O模式，是随机写入为主还是顺序写入为主。如果是随机写入，像 Deadline 调度策略可能能更好地处理请求，减少延迟。因为它可以优先处理即将超时的随机请求，避免请求长时间等待。
   • 确定I/O请求的大小分布。较小的I/O请求可能在 CFQ 下会因公平调度而导致总体性能下降，而 Deadline 可以更灵活地处理这种情况。
   • 考虑I/O请求的优先级要求。如果MySQL应用中有一些关键的写入操作（如事务日志写入），需要更高的优先级，Deadline 调度策略可以通过设置截止时间来满足这种需求。

优化思路

1. 测试不同调度策略
   • 在测试环境中，分别将调度策略切换为 CFQ、Deadline 和 NOOP（如果适用）。
   • 运行与生产环境类似的高并发写入测试工作负载，可以使用工具如 sysbench 针对MySQL进行模拟测试。
   • 收集每个调度策略下的性能数据，包括写入吞吐量、平均响应时间、系统资源利用率（如CPU、内存）等。
2. 选择合适调度策略
   • 如果测试结果显示在 Deadline 调度策略下，写入吞吐量明显提高，平均响应时间降低，且系统资源利用率合理，那么可以选择 Deadline 作为优化后的调度策略。
   • 对于闪存设备，若 NOOP 调度策略在测试中表现出最佳性能，且符合业务I/O特点（如低延迟要求），则可选用 NOOP。
   • 若经过测试，发现 CFQ 在当前业务场景下依然是最合适的，可进一步对 CFQ 的参数进行微调，如调整公平调度的权重等，以优化性能。
3. 监控与调整
   • 在生产环境切换调度策略后，持续监控磁盘I/O性能和MySQL的运行状态。
   • 根据业务负载的变化，如数据量的增长、并发写入请求数的变化等，适时重新评估调度策略的适用性，必要时再次进行策略调整。