我正在编写一个使用 Linux 异步 I/O 系统调用的库，并且想知道为什么该io_submit函数在 ext4 文件系统上表现出较差的扩展性。如果可能，我该怎么做才能io_submit不阻塞大 IO 请求大小？我已经做了以下事情（如此处所述）：
- 使用
O_DIRECT. - 将 IO 缓冲区对齐到 512 字节边界。
- 将缓冲区大小设置为页面大小的倍数。
为了观察内核花费了多长时间，我运行了一个测试，其中我使用andio_submit创建了一个 1 Gb 的测试文件，并反复删除系统缓存 ( ) 并读取越来越大的文件部分。在每次迭代中，我打印了等待读取请求完成所花费的时间和所花费的时间。我在运行 Arch Linux 的 x86-64 系统上运行了以下实验，内核版本为 3.11。该机器具有 SSD 和 Core i7 CPU。第一张图绘制了阅读的页数与等待完成所花费的时间。第二个图表显示等待读取请求完成所花费的时间。时间以秒为单位。dd/dev/urandomsync; echo 1 > /proc/sys/vm/drop_cachesio_submitio_submit
为了比较，我创建了一个类似的测试，它通过pread. 结果如下：
似乎异步 IO 按预期工作，请求大小约为 20,000 个页面。之后，io_submit块。这些观察导致以下问题：
- 为什么不是
io_submit常量的执行时间？ - 是什么导致了这种不良的缩放行为？
- 我是否需要将 ext4 文件系统上的所有读取请求拆分为多个请求，每个请求的大小小于 20,000 页？
- 20000这个“神奇”值从何而来？如果我在另一个 Linux 系统上运行我的程序，我如何才能确定要使用的最大 IO 请求大小而不会遇到不良的扩展行为？
用于测试异步 IO 的代码如下。如果您认为它们相关，我可以添加其他来源列表，但我尝试仅发布我认为可能相关的详细信息。
#include <cstddef>
#include <cstdint>
#include <cstring>
#include <chrono>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
// For `__NR_*` system call definitions.
#include <sys/syscall.h>
#include <linux/aio_abi.h>
static int
io_setup(unsigned n, aio_context_t* c)
{
return syscall(__NR_io_setup, n, c);
}
static int
io_destroy(aio_context_t c)
{
return syscall(__NR_io_destroy, c);
}
static int
io_submit(aio_context_t c, long n, iocb** b)
{
return syscall(__NR_io_submit, c, n, b);
}
static int
io_getevents(aio_context_t c, long min, long max, io_event* e, timespec* t)
{
return syscall(__NR_io_getevents, c, min, max, e, t);
}
int main(int argc, char** argv)
{
using namespace std::chrono;
const auto n = 4096 * size_t(std::atoi(argv[1]));
// Initialize the file descriptor. If O_DIRECT is not used, the kernel
// will block on `io_submit` until the job finishes, because non-direct
// IO via the `aio` interface is not implemented (to my knowledge).
auto fd = ::open("dat/test.dat", O_RDONLY | O_DIRECT | O_NOATIME);
if (fd < 0) {
::perror("Error opening file");
return EXIT_FAILURE;
}
char* p;
auto r = ::posix_memalign((void**)&p, 512, n);
if (r != 0) {
std::cerr << "posix_memalign failed." << std::endl;
return EXIT_FAILURE;
}
auto del = [](char* p) { std::free(p); };
std::unique_ptr<char[], decltype(del)> buf{p, del};
// Initialize the IO context.
aio_context_t c{0};
r = io_setup(4, &c);
if (r < 0) {
::perror("Error invoking io_setup");
return EXIT_FAILURE;
}
// Setup I/O control block.
iocb b;
std::memset(&b, 0, sizeof(b));
b.aio_fildes = fd;
b.aio_lio_opcode = IOCB_CMD_PREAD;
// Command-specific options for `pread`.
b.aio_buf = (uint64_t)buf.get();
b.aio_offset = 0;
b.aio_nbytes = n;
iocb* bs[1] = {&b};
auto t1 = high_resolution_clock::now();
auto r = io_submit(c, 1, bs);
if (r != 1) {
if (r == -1) {
::perror("Error invoking io_submit");
}
else {
std::cerr << "Could not submit request." << std::endl;
}
return EXIT_FAILURE;
}
auto t2 = high_resolution_clock::now();
auto count = duration_cast<duration<double>>(t2 - t1).count();
// Print the wait time.
std::cout << count << " ";
io_event e[1];
t1 = high_resolution_clock::now();
r = io_getevents(c, 1, 1, e, NULL);
t2 = high_resolution_clock::now();
count = duration_cast<duration<double>>(t2 - t1).count();
// Print the read time.
std::cout << count << std::endl;
r = io_destroy(c);
if (r < 0) {
::perror("Error invoking io_destroy");
return EXIT_FAILURE;
}
}