EPOLL、AIO能带来什么磁盘IO性能提升

彪哥分晓 2020-06-21

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前面两篇文章都在围绕着文件IO来展开的，分别介绍了buffer/cache
、内核态/用户态
怎么优化IO。之前我们讨论的都是同步IO，今天我们就在聊一聊异步IO。

说到异步IO，大家都会想到同步/异步, 阻塞非阻塞这两个话题。关于这方面的介绍文章有太多了，我这里就不展开介绍了，大家可以自行查阅相关文档。

linux
下有一个 aio_*
系列的函数提供了异步IO能力。我们今天就用异步IO来做一些实验，看看到底是不是 “银弹”。

废话不多说了，线上一部分代码

  #define BUFSIZE 1024
  int fd = 0;
    int ret = 0;
    fd = open("../disk-io/direct_io.data", O_RDONLY);
  if (fd < 0)
    perror("open");




  struct aiocb my_aiocb = {0};
  struct stat file_stat;
    获取文件大小
    fstat(fd, &file_stat);
    printf("st_size %ld\n", file_stat.st_size);


     填充结构体
  my_aiocb.aio_buf = malloc(BUFSIZE);
  my_aiocb.aio_fildes = fd;
  my_aiocb.aio_nbytes = BUFSIZE;
  my_aiocb.aio_offset = 0;




     循环读取
    for (int i = 0; i < file_stat.st_size; i += ret) {
      my_aiocb.aio_offset = i;
        ret = aio_read(&my_aiocb);
      if (ret < 0) {
        perror("aio_read");
        }
         用户态循环等待IO状态
      while (aio_error(&my_aiocb) == EINPROGRESS);




         读取数据
      if ((ret = aio_return(&my_aiocb)) > 0) {
            char *p0=(char *)my_aiocb.aio_buf; 返回字符
      } else {
        * read failed, consult errno */
      }
    }

先使用 read 做同步IO读取文件，查看效果。发现有大量的 iowait 状态。

再次使用aio_read 做异步IO读取文件查看效果。iowait 状态明显变少，但是用户态CPU和内核态CPU占用也有了显著的升高，甚至总体的CPU使用率还高于同步的CPU。

讲到这里我们我们就发现了linux需要有两个问题去改善

优化aio_*系列函数，降低使用门槛与优化性能。不过看起来内核不准备优化aio_*了，准备引入全新的异步IO模式 io_uring
丰富select/poll/epoll 等网络模型，支持监听本地文件。

总结

IO类型	程序执行空间	调用方式
	内核/用户态切换	内核态	同步	异步
缓存IO	read	sendfile	read	aio_read
直接IO	read + O_DIRECT	-	-	-

如上图所示，性能优先级 sendfile > read > aio_read = read + O_DIRECT 。

所以缓存IO才是 IO性能提升的 “银弹”

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