Linux异步IO引擎：io-uring

Phoronix 报道称，IO_uring 可以说是 Linux 内核近期引入的最大创新之一，因其能够显著提升移步输入/输出（async I/O）的效率。一句话总结 io_uring 就是：一套全新的 syscall，一套全新的 async API，更高的性能，更好的兼容性，来迎接高 IOPS，高吞吐量的未来。

先看一下性能数据（数据来自 Jens Axboe）。
4k randread，3D Xpoint 盘：
Interface QD Polled Latency IOPS
………………………………………………………………
io_uring 1 0 9.5usec 77K
io_uring 2 0 8.2usec 183K
io_uring 4 0 8.4usec 383K
io_uring 8 0 13.3usec 449K

libaio 1 0 9.7usec 74K
libaio 2 0 8.5usec 181K
libaio 4 0 8.5usec 373K
libaio 8 0 15.4usec 402K

io_uring 1 1 6.1usec 139K
io_uring 2 1 6.1usec 272K
io_uring 4 1 6.3usec 519K
io_uring 8 1 11.5usec 592K

spdk 1 1 6.1usec 151K
spdk 2 1 6.2usec 293K
spdk 4 1 6.7usec 536K
spdk 8 1 12.6usec 586K
…………………………………………………………
io_uring vs libaio，在非 polling 模式下，io_uring 性能提升不到 10%，好像并没有什么了不起的地方。然而 io_uring 提供了 polling 模式。在 polling 模式下，io_uring 和 SPDK 的性能非常接近，特别是高 QueueDepth 下，io_uring 有赶超的架势，同时完爆 libaio。测试 per-core，4k randread 多设备下的最高 IOPS 能力：
Interface QD Polled IOPS
………………………………………………
io_uring 128 1 1620K
libaio 128 0 608K
spdk 128 1 1739K

最近几年一直流行 kernel bypass，从网络到存储，各个领域开花，内核在性能方面被各种诟病。io_uring 出现以后，算是扳回一局。

io_uring 有如此出众的性能，主要来源于以下几个方面：

用户态和内核态共享提交队列（submission queue）和完成队列（completion queue）
IO 提交和收割可以 offload 给 Kernel，且提交和完成不