io_uring

在前面我們學過 synchronous 與 asynchronous I/O 的差異，而 Linux 早期的 async I/O 機制（如 libaio）有諸多限制，例如只支援 direct I/O 且 syscall 開銷仍然顯著。io_uring 是 Linux 從 5.1 開始引入的高效能 async I/O 框架，我們將深入探討它如何透過 kernel 與 user space 之間共享的 submission queue 和 completion queue ring buffer，讓應用程式不需要頻繁呼叫 syscall 就能提交與收割 I/O 請求。課程中我們也會介紹 batched submission 如何攤平 syscall 成本、SQPOLL 模式如何讓 kernel thread 持續 polling submission queue 以完全省去 submit 端的 syscall，以及 IOPOLL 模式如何用 polling 取代 interrupt 來降低 completion 延遲。此外，io_uring_cmd 機制允許我們直接下達 NVMe passthrough command，繞過傳統 block layer 的抽象。這些技術結合了我們先前學到的 block I/O 與 NVMe 知識，是目前 Linux 上最重要的高效能 I/O 介面。

Key Concepts

我理解 io_uring 的 shared ring buffer 設計，知道 kernel 與 user space 共享 submission queue 和 completion queue，應用程式透過寫入 SQE 提交請求、讀取 CQE 收割結果，大幅減少 syscall 次數

我理解 batched submission 如何將多筆 I/O 請求一次提交，攤平 syscall 的成本，提升高 IOPS 場景下的效率

我理解 SQPOLL 模式的運作方式，知道它讓一個專屬的 kernel thread 持續 polling submission queue，使應用程式完全不需要呼叫 syscall 就能提交 I/O

我理解 IOPOLL 模式如何用 polling 取代 interrupt 來通知 I/O 完成，降低 completion 端的延遲

我了解 io_uring_cmd 機制如何讓應用程式直接下達 NVMe passthrough command，繞過傳統 block layer 的抽象來操作 NVMe 裝置

Recommended Resources