在上一篇《一次降低进程IO延迟的性能优化实践——基于block层bfq调度器》基础上，本文主要总结实现该IO性能优化过程遇到的 IO卡死、IO重复派发、内核crash等问题。

在初版代码编写完成后，启动fio测试+cat读取文件，有很大概率触发了内核crash，现场如下

触发crash的源码位置如下

crash过程是：在把rq派发给磁盘驱动过程执行blk_mq_start_request()函数中，rq->state不是MQ_RQ_IDLE，然后就主动触发WARN_ON_ONCE而crash。按照经验，crash现场的RDI寄存器就是blk_mq_start_request()函数传输rq指针，看下这个rq的参数：

到这里怀疑rdi:0xffff95f297722758应该不是blk_mq_start_request()函数传参rq指针，因为打印的rq结构体变量根本不符合常理，对于不符合常理的就要另找他法。

因为这个case比较容易复现，大概率跟我在_bfq_dispatch_request()添加的代码有关。于是在blk_mq_start_request()和__bfq_dispatch_request()中添加一下调试信息，如下红色代码：

等下次触发crash，内核打印 blk_mq_start_request cat 15092 rq:0xffff8eff2401d990 rq->rq_disk:0xffff8efe1b1b4000，看下它的成员信息：

看来，这次的rq指针是正确的，刚才通过rdi获取blk_mq_start_request()函数传参是有问题的。这个rq->state是MQ_RQ_IN_FLIGHT，就是说该rq已经派发给磁盘驱动了，在传输完成前又派发给磁盘驱动，显然重复了。再看下crash前的内核打印，印证了我的想法

显然，rq:0xffff8eff2401d990就是被连续派发了两次，就得看看我添加的代码哪里有问题了？

问题就出在红色代码goto exit1哪里，那里的rq添加到 bfq_high_prio_tmp_list 链表后，本次就不应该再派发了，但是却 goto exit1 ，该函数return rq返回该rq并派发了。后续再从bfq_high_prio_tmp_list 链表链表取出该rq，就会导致rq重复派发了。解决方法很简单，先rq = NULL再goto exit1，这样就避免第一次派发该rq了。

上一个问题解决了，新的问题又来了。启动fio压测竟然卡死了，kill -9 fio进程也不行。系统有很多D进程，启动crash工具看下D进程信息

看下栈回溯

有几个fio进程的栈回溯竟然是bfq_has_work，这里边没有调用什么锁呀？很奇怪，难道卡死根源跟bfq_has_work有关。看下它的源码：

一般是派发blk-mq派发blk_mq_do_dispatch_sched()函数中会调用bfq_has_work()函数，源码如下：

当 bfq_has_work 返回0原本说明bfq没有IO可派发了，blk_mq_do_dispatch_sched()就不再派发IO了。但是我对bfq派发IO的bfq_dispatch_request函数做了优化，增加了一个 bfq_high_prio_tmp_list链表保存普通优先级的rq。当bfq空闲时，bfq_tot_busy_queues(bfqd)返回0，但是bfq_high_prio_tmp_list链表上还有rq要派发，此时还需要继续派发rq。fio暂存在 bfq_high_prio_tmp_list链表上的rq得不到派发，fio进程就卡主，不能再派发新rq，除非老的rq派发完成。简单说，这种情况下，要想判断bfq是否还有rq没派发，必须判断bfq_high_prio_tmp_list链表上是否有IO。于是在bfq_has_work()函数中添加如下红色代码：

ok，这个问题解决了，但是新的问题又来了。

这个问题的表现也是派发IO的fio或者cat进程卡死，同样也是有很多D进程，ps -eLlf | grep fio |awk '{print $6}' | while read line;do echo "*********";cat /proc/$line/stack;done  看下栈回溯，主要是以下两类：

分析根源应该是有进程 __blk_mq_alloc_request->blk_mq_get_tag 分配tag失败导致的。

在派发IO的__bfq_dispatch_request()函数最后添加如下红色代码调试信息。

卡死时刷屏打印如下信息：

5:__bfq_dispatch_request kworker/3:1H 497  dispatch rq:0x0 bfq_high_io_prio_count:0 rq_in_driver:0

这是blk-mq驱动了内核线程在疯狂的派发rq，但是派发的rq一直是NULL。正常情况应该会退出派发的！

看下 497 派发IO的函数流程，为什么会一直派发rq呢？执行这个命令stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("bfq_dispatch_request") {printf("%s %d\n",execname(),tid()) print_backtrace()}'，刷屏打印

为什么 kworker/3:1H 进程会刷屏执行 __blk_mq_run_hw_queue 而最终疯狂派发 rq 呢？继续执行stap --all-modules  -ve 'probe kernel.function("blk_mq_do_dispatch_sched").return {if(tid()== 497) {printf("%s %d\n",execname(),tid()) print_backtrace()}}'调试，刷屏打印：

源码分析这是blk-mq驱动启动的内核线程，而启动的根源在blk_mq_run_work_fn()函数，继续用如下命令调试stap --all-modules  -ve 'probe kernel.function("blk_mq_run_work_fn") {if(tid()== 497) {printf("%s %d\n",execname(),tid()) print_backtrace()}}'，刷屏打印：

这个打印验证了想法。并且，分析可能性最大是__blk_mq_delay_run_hw_queue函数里执行的__blk_mq_run_hw_queue函数。用如下命令验证stap --all-modules  -ve 'probe kernel.function("__blk_mq_delay_run_hw_queue") {{printf("%s %d\n",execname(),tid()) print_backtrace()}}'，刷屏打印：

综合这些调试信息，基本可以确定：blk_mq_do_dispatch_sched()函数因为派发的rq 是NULL，而频繁执行 blk_mq_delay_run_hw_queues(q, BLK_MQ_BUDGET_DELAY)->blk_mq_delay_run_hw_queue->__blk_mq_delay_run_hw_queue->kblockd_mod_delayed_work_on(blk_mq_hctx_next_cpu(hctx), &hctx->run_work,msecs_to_jiffies(msecs))  而再次触发 mq 异步派发进程，就是 kworker/3:1H497 进程。这个逻辑好像没问题，但是为什么会频繁触发 blk-mq 异步派发进程 kworker/3:1H 497 呢？看下blk_mq_do_dispatch_sched()函数派发IO的代码：

跟踪下bfq_has_work()函数，stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("bfq_has_work").return {{printf("%s %d %d bfqd:0x%x\n",execname(),tid(),$return,$hctx->queue->elevator->elevator_data)}}'，刷屏打印如下：

是在没什么思路，那就把bfq算法核心数据bfqq或bfqd结构体成员信息打印出来，看能否发现什么异常！启动crash，

这两个暂存IO的链表都是空的，那bfq_has_work函数返回1只能可能是 bfq_tot_busy_queues 返回true 了，测试一下果然是。stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("bfq_tot_busy_queues").return {{printf("%s %d %d\n",execname(),tid(),$return)}}'刷屏打印：

此时，怀疑有很多IO的派发都有问题。我在内核检测哪些rq添加到bfq算法队列后30s还没传输完成，结果打印：

有时一个很大的疑问，还是重点看下 __bfq_dispatch_request 函数为什么派发的rq总是0把！怀疑 里边返回的 bfq_select_queue 有问题。因为__bfq_dispatch_request函数中是先执行bfq_select_queue选择一个bfqq，再从bfqq中跳一个rq派发，是否bfq_select_queue选择的bfqq就有问题呢？当有很多怀疑点时，就抓住核心的疑问穷追不舍！

用stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("bfq_select_queue").return {{printf("%s %d %d\n",execname(),tid(),$return)}}'这个命令调试，打印

果然 bfq_select_queue 返回的bfqq 有问题。那就通过bfqd->in_service_queue看下当前正在派发IO的bfqq是哪个！前文调试已经知道bfqd指针是0xffffa0657f07e800。

当前正在派发rq的bfqq的进程竟然卡死了！继续看下bfq_select_queue函数里有哪些疑问？看下他的函数源码：

用stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("bfq_bfqq_expire") {{printf("%s %d 0x%x\n",execname(),tid(),$bfqq)}}'看下是否执行了bfq_bfqq_expire()函数，什么打印都没有。再用stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("idling_boosts_thr_without_issues").return {{printf("%s %d 0x%x\n",execname(),tid(),$return)}}'看下是否调用了idling_boosts_thr_without_issues函数，刷屏打印：

看来执行到了if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq)…)那个if判断，我认为这个if不成立，而是执行了else分支bfqq = NULL，然后goto keep_queue返回bfqq = NULL，这样就导致bfq_select_queue()函数一直返回NULL呀。怎么验证，启动crash工具，前文知道当前的bfqq指针是0xffffa06597e1c000：

BFQQF_has_short_ttime 是bit5 ,而现在 bfqq:0xffffa06597e1c000 的 flags bit5是1，因此 if(!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&(bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||!bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))) 不成立，因此 否else 分支， bfqq=NULL，这就是 bfq_select_queue 返回的bfqq是NULL。神奇了，为什么会这样呢？

难道我在bfqq添加的代码影响到了 bfqq 算法？那段代码要成立，得先有更外边的 if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) || (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) 成立！而BFQQF_wait_request 是bit2，但bfqq的flags的bit2是0。bfqq->dispatched 是2，那应该是这个导致if ((bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) 成立。

验证一下 bfq_better_to_idle()返回true，stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("bfq_better_to_idle").return {{printf("%s %d bfqq:0x%x 0x%x\n",execname(),tid(),$bfqq,$return)}}'，刷屏打印：

看来，如果 bfqq:0xffffa06597e1c000 的 dispatched 是0，那if就不会成立了吗。但事实是bfqq->dispatched 始终是2！

看来问题的根源是 bfqq:0xffffa06597e1c000 的 dispatched 始终是2，大于0 呀？神奇了，难道 我的代码导致 bfqq:0xffffa06597e1c000 的 dispatched 泄漏了，导致始终大于0？仔细分析我在__bfq_dispatch_request()中添加的代码，果然发现了问题，如下红色代码：

如果rq有 RQF_HIGH_PRIO属性，rq在派发时先有__bfq_dispatch_request->bfq_dispatch_rq_from_bfqq()默认的bfqq->dispatched++。回到__bfq_dispatch_request函数，如果 bfq_high_prio_tmp_list 链表空，那if(!list_empty(&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list))不成立，就不会执行 rq->rq_flags |= RQF_STARTED 。再下边的 if(((rq && !(rq->rq_flags & RQF_HIGH_PRIO)) || !rq)) 也不成立。于是再次错过了rq->rq_flags |= RQF_STARTED。

等rq传输完成，执行到bfq_finish_requeue_request函数

因为 rq 没有 RQF_STARTED 标记，导致没有执行bfqq->dispatched--，这就导致bfqq->dispatched泄漏了。解决方法很简单，rq 有 RQF_HIGH_PRIO属性标记并且 bfq_high_prio_tmp_list 链表空时，也要执行 rq->rq_flags |= RQF_STARTED。把if(list_empty(&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list))改成if((rq->rq_flags & RQF_HIGH_PRIO) || list_empty(&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list))即可！

就是一个细节逻辑分析疏忽，导致了这么复杂的排查过程，服了！

最后，关于blk-mq内核派发rq的kworker/0:1H内核线程多了一层理解。blk_mq_do_dispatch_sched函数中，因为以后很多个rq暂存在 bfq_high_prio_tmp_list链表， if (e->type->ops.has_work && !e->type->ops.has_work(hctx)) 不成立。于是执行 rq = e->type->ops.dispatch_request(hctx) 即 __bfq_dispatch_request()。

如果 进程在 执行__bfq_dispatch_request时，因为rq没有RQF_HIGH_PRIO属性，导致__bfq_dispatch_request返回NULL，即 rq = e->type->ops.dispatch_request(hctx) 返回NULL，那就执行 blk_mq_delay_run_hw_queues(q, BLK_MQ_BUDGET_DELAY) ，在kworker/0:1H 内核线程延迟派发rq。然后2ms后再次执行 blk_mq_do_dispatch_sched，重复上述流程，直到bfq_high_prio_tmp_list链表上的rq全派发完。然后bfq_high_prio_tmp_list链表空，kworker/0:1H 线程最后一次执行 blk_mq_do_dispatch_sched()，bfq_has_work返回NULL，if (e->type->ops.has_work && !e->type->ops.has_work(hctx)) 成立，最终退出rq派发。

相当于我利用了 blk-mq的 blk_mq_delay_run_hw_queues(q, BLK_MQ_BUDGET_DELAY) 延迟派发的特性，从而保证没有进程执行 __blk_mq_sched_dispatch_requests->blk_mq_do_dispatch_sched->blk_mq_dispatch_rq_list 派发rq时，也可以由内核线程 kworker/0:1H  延迟派发完所有的rq。这样我就不用担心rq暂存到bfq_high_prio_tmp_list链表后，会导致这些rq无法被进程主动派发了！

我在bfq添加的代码，有多处 执行 bfqq->dispatched -- 和 bfqq->dispatched ++。本身rq在rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 里已经执行 bfqq->dispatched ++。我在bfq添加的 bfqq->dispatched -- 和 bfqq->dispatched ++ 是否会影响bfq算法呢？我原本的意思是，rq如果 添加到 bfq_high_prio_tmp_list链表，那就bfqq->dispatched --，等rq真正派发时再 bfqq->dispatched ++。但是这样有问题，如果rq在bfq_high_prio_tmp_list链表停留时间过长，因为提前 bfqq->dispatched --，如果这是bfqq的最后一个rq，就相当于bfqq的所有rq全派发完成了。

但实际并没有，只是rq暂存在 bfq_high_prio_tmp_list链表而已。如果 bfqq->dispatched 是0了，那估计会影响bfqq过期失效，从st->active tree剔除。这样，等该bfqq暂存在 bfq_high_prio_tmp_list链表上的rq终于派发了，再 bfqq->dispatched ++。这样就有问题了，因为该bfqq可能已经被新进程拥有了！这样分析，我的代码里不应该 bfqq->dispatched ++ 和 bfqq->dispatched --。不对，分析错了。因为先有 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 里的 bfqq->dispatched ++，然后再有我的代码里的 bfqq->dispatched --，这就相当于该bfqq上的rq并没有派发呀，rq还保存在bfqq上，这样bfqq也不会过期失效的！！！！！！

但是，我的bfq代码是否可以放到 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq); 前边呢？因为 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 执行过后，相当于rq就从bfqq上的链表剔除了，而我把该rq长时间保存在 bfq_high_prio_tmp_list链表，可能会影响bfq算法呀。因为正常 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 执行过的rq很快就会传输成功呀。而我是把rq暂存在bfq_high_prio_tmp_list链表，可能要过一段时间才会传输完成。

并且 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 选中要派发的rq一定来自bfqq->next_rq ，并且还会执行 bfq_dispatch_rq_from_bfqq->bfq_bfqq_served 把rq传输消耗的配额累加到rq所属bfqq的entity->service，然后我把rq添加到bfq_high_prio_tmp_list链表。如果这个bfqq的配额正好消耗光了，那bfqq就会过期失效。等从bfq_high_prio_tmp_list链表再取出这个rq，rq所属的bfqq已经过期失效了，然后的代码里却 bfqq->dispatched++ 。然后派发给驱动，等rq传输完成，执行bfq_completed_request()，还要 bfqq->dispatched--。这样就会有问题了，因为bfqq已经过期失效了！

问题来了，rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq)从bfqq取出rq，然后把rq添加到bfq_high_prio_tmp_list链表后，rq和原属的bfqq要不要彻底脱离关系???不脱离关系，那rq在bfq_high_prio_tmp_list链表暂存时，bfqq可能因配额消耗光而失效。这样从bfq_high_prio_tmp_list链表取出该rq后，使用rq的bfqq已经过期失效了？不能再按照原流程处理了！那怎么办？rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq)从bfqq取出rq，然后把rq添加到bfq_high_prio_tmp_list链表后：先执行bfqq->dispatched--，这制造一个假象，这个rq传输完成了！因为正常bfqq->dispatched--就说明rq传输完成了。然后执行 rq->elv.priv[0] = NULL 和 rq->elv.priv[1] = NULL ，令rq所属的bfqq是NULL，这样rq和bfqq就脱离关系了！接着，从bfq_high_prio_tmp_list链表取出该rq后，不再执行bfqq->dispatched++，因为rq不再属于哪个 bfqq了，接着派发该rq。然后在该rq传输完成后，执行bfq_finish_requeue_request()函数，因rq所属bfqq是NULL，则直接返回，不会再执行bfq_completed_request()令bfqq->dispatched--了。

但是这个方案也有一个问题，因为正常情况，rq传输完成后，会执行 bfq_finish_requeue_request->bfq_completed_request()，更新很多bfqq参数，这些与bfq算法紧密相关。而我的bfq优化算法，一旦rq加入 bfq_high_prio_tmp_list链表，就要令rq所属bfqq是NULL，然后rq传输完成后就执行不了 bfq_finish_requeue_request->bfq_completed_request() 了，影响了bfqq参数更新，肯定会对bfq算法造成影响。左右为难，没有一个完美的解法。

不对，想来想去，还是有解法的！执行 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 后，然后执行我添加的bfq代码时，把rq添加到bfq_high_prio_tmp_list链表。但是把bfqq->dispatched++ 和 bfqq->dispatched-- 都去掉，其他代码不修改。之后 rq所属bfqq可能过期失效，从st->active tree 移动到 st->idle tree。但是该bfqq可能会被完全释放吗？不会，第一，bfqq所属的进程派发的rq，还有保存在bfq_high_prio_tmp_list链表，进程必须等这些rq派发完才会退出。我之前说添加到bfq_high_prio_tmp_list链表的rq的bfqq可能被释放，bfqq会被新的进程有用，这个说法是错误的。什么情况下bfqq才会被释放呢？ 在 bfq_put_queue()函数释放bfqq，但是前提是 bfqq->ref 是0。每向bfqq插入一个rq则bfqq->ref ++，看来只有bfqq上的rq全派发完才有可能 bfqq->ref是0。然后才有概率 bfq_forget_entity()-> bfq_put_queue()中因 bfqq->ref为0 而释放掉 bfqq。因此，即便 bfqq 的rq有插入 bfq_high_prio_tmp_list 链表的，然后bfqq上的rq全派发完了，bfqq过期失效，也不会释放bfqq。应该是这样！

因此，我的分析：把 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(里边有bfqq->dispatched++ )上的rq插入bfq_high_prio_tmp_list链表后，不再 bfqq->dispatched--，就相当于该rq还是属于bfqq，只不过换了一个保存位置而已。只不过延迟派发给驱动而已。想想，即便没有我的代码，rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 选中的rq直接派发给驱动，在磁盘阵列驱动繁忙时，rq也是暂存在磁盘驱动队列，这个rq也无法直接派发给磁盘硬件。rq暂存在磁盘驱动队列，我的bfq代码是把rq暂存在 bfq_high_prio_tmp_list 链表，都是延迟派发，有什么区别呢？