IO-Polling的代码分析

白丁

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在前一篇文章《IO-Polling实现分析与性能评测》中提到了IO-Polling与中断的原理区别，并通过两种模式下NVMe SSD的性能测试对两者进行了对比。这篇文章将深入到IO-Polling的代码层面，对这一IO处理模式进行一个解读。
IO-Polling模式已经加入了linux 4.4的内核，并已有多个成员组在测试IO-Polling对快速设备的性能影响。目前的IO-Polling仅支持direct-IO的sync模式读写操作，后期将加入对libaio的IO-Polling的支持，详细见下图git log信息。

IO-Polling的代码分析

本文基于linux内核4.4版本，简单分析支持IO-Polling模式内核块设备层，文件系统以及底层NVMe驱动所修改修改的大致内容。4.4版linux内核的IO-Polling共修改33个文件，详细修改列表见下图：

在block/blk-core.c中主要新增blk-poll函数，用以支持polling模式。在blk-poll函数中，如果底层驱动不支持mq或者mq中不支持polling模式，则会返回上层，采用中断模式。如果底层驱动支持mq的polling模式，则调用底层驱动的poll函数进行IO处理，详细函数内容见下图。

在block/blk-mq-sysfs.c以及block/blk-sysfs.c文件中，增加了sys文件系统对io-poll参数的支持

在block/blk-mq.c文件中，修改各个函数增加对poll逻辑的处理。

除以上对通用块设备层的修改，各个IO设备要支持polling模式，还需要对各自的设备进行部分修改。以NVMe 设备为例，NVMe 驱动源码中增加nvme_poll函数，在注册是挂载到block层，当上层以polling模式访问NVMe 设备时，驱动将调用nvme_poll函数，而不再走中断模式。NVMe 驱动代码修改大致如下：

而在文件系统层fs/direct-io.c中，direct-io的有关函数的已修改支持polling，实际测试中polling只有在direct_io中才起作用，buffer_io模式下，IO模式依然采用中断方式。前一篇文章中仅提供了裸设备polling模式性能数据，对于文件系统的polling模式将在后期对此做详细分析。

结语
上层应用业务虽然大部分是异步模式的，但对于基于同步IO，并且对延迟非常敏感小部分关键业务而言，IO-Polling所带来的延迟收益也是有巨大帮助的。同时，linux内核也在不断进化过程中，异步模式Polling也将加入。随着高速存储设备的发展，IO-Polling的工作模式对延迟敏感型业务将发挥更大的作用。
本文作者Luna是Memblaze产品工程师，主要的研究方向包括KVM、Virtio等虚拟化技术，最擅长的是PCIe SSD在KVM的虚拟化场景中的优化。Luna之前的一篇文章《QEMU-KVM I/O性能优化之Virtio-blk-data-plane》详细分析了Virtio-blk-data-plane技术原理，并通过测试展示了其性能优势。

方法欧锦

讲的非常好，看了收获很多，十分感谢