K6：面向開發(fā)人員的現(xiàn)代負(fù)載測(cè)試工具
K6 是一個(gè)開源負(fù)載測(cè)試工具，可以輕松編寫、運(yùn)行和分析性能測(cè)試。它建立在 Go 和 JavaScript 之上，它被設(shè)計(jì)為功能強(qiáng)大、可擴(kuò)展且易于使用。k6 可用于測(cè)試各種應(yīng)用程序，包括 Web
io_uring 是 Linux 下高性能的異步 IO 框架，網(wǎng)上很多相關(guān)資料，我之前也初步分析了一下它的實(shí)現(xiàn)，有興趣的可以查看 https://zhuanlan.zhihu.com/p/387620810。
Libuv 中最近加入了對(duì) io_uring 的支持，那么為什么要把它引入 Libuv 呢？因?yàn)?epoll 不支持普通文件的 Poll 能力，所以在 Libuv 中，異步文件 IO 操作需要通過線程池來實(shí)現(xiàn)，具體來說就是當(dāng)用戶發(fā)起一個(gè)異步文件 IO 操作時(shí)，Libuv 會(huì)把這個(gè)操作放到線程池中，當(dāng)子線程處理這個(gè)任務(wù)時(shí)，會(huì)執(zhí)行一個(gè)阻塞式的系統(tǒng)調(diào)用，這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用會(huì)引起線程阻塞，從而導(dǎo)致這個(gè)線程被消耗掉了，當(dāng) IO 操作完成后，子線程就會(huì)被喚醒，子線程再通過主線程去執(zhí)行用戶的回調(diào)。在 Libuv 早期的實(shí)現(xiàn)中，如果執(zhí)行比較慢的任務(wù)過多就會(huì)把線程池中的線程消耗完，從而導(dǎo)致執(zhí)行比較快的 IO 操作需要等待很長(zhǎng)時(shí)間，一個(gè)例子就是 DNS 解析會(huì)阻塞文件 IO 任務(wù)。而 io_uring 可以支持普通文件 IO（當(dāng)然能力不僅于此），不再需要借助線程池的能力，目前 Libuv 中部分異步文件 IO 操作已經(jīng)替換成 io_uring（需要通過環(huán)境變量開啟），下面來看看它的實(shí)現(xiàn)。
原生 io_uring 的使用比較復(fù)雜，通常需要借助 liburing 庫(kù)，但是 Libuv 中可能為了減少對(duì)第三方庫(kù)的依賴，實(shí)現(xiàn)上使用原生的方式。
io_uring 初始化
在 Libuv 初始化時(shí)會(huì)進(jìn)行 io_uring 的初始化。
uv__iou_init(loop->backend_fd, &lfields->iou, 64, UV__IORING_SETUP_SQPOLL);lfields->iou 為 io_uring 核心結(jié)構(gòu)體，UVIORING_SETUP_SQPOLL 設(shè)置內(nèi)核創(chuàng)建線程輪詢是否有任務(wù)需要處理（用戶層設(shè)置），接著看看 uviou_init。
static void uv__iou_init(int epollfd,struct uv__iou* iou,uint32_t entries,uint32_t flags) {struct uv__io_uring_params params;struct epoll_event e;size_t cqlen;size_t sqlen;size_t maxlen;size_t sqelen;uint32_t i;char* sq;char* sqe;int ringfd;memset(?ms, 0, sizeof(params));params.flags = flags;// UV__IORING_SETUP_SQPOLL 模式下，設(shè)置多久沒有任務(wù)提交則內(nèi)核線程進(jìn)入 sleep 狀態(tài)if (flags & UV__IORING_SETUP_SQPOLL)params.sq_thread_idle = 10; /* milliseconds /// 調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用初始化 io_uringringfd = uv__io_uring_setup(entries, ?ms);// 映射到內(nèi)核發(fā)送 / 完成隊(duì)列的內(nèi)存，用戶層和內(nèi)核可以共同操作這個(gè)隊(duì)列sq = mmap(0,maxlen,PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SHARED | MAP_POPULATE,ringfd,0); /sqe = mmap(0,sqelen,PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SHARED | MAP_POPULATE,ringfd,0x10000000ull); /* IORING_OFF_SQES */memset(&e, 0, sizeof(e));e.events = POLLIN;e.data.fd = ringfd;// 注冊(cè)等待可讀事件，io_uring 中有任務(wù)完成后就會(huì)通過 epollepoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, ringfd, &e);// 初始化 io_uring 結(jié)構(gòu)體iou->sqhead = (uint32_t*) (sq + params.sq_off.head);iou->sqtail = (uint32_t*) (sq + params.sq_off.tail);iou->sqmask = (uint32_t) (sq + params.sq_off.ring_mask);iou->sqarray = (uint32_t*) (sq + params.sq_off.array);iou->sqflags = (uint32_t*) (sq + params.sq_off.flags);iou->cqhead = (uint32_t*) (sq + params.cq_off.head);iou->cqtail = (uint32_t*) (sq + params.cq_off.tail);iou->cqmask = (uint32_t) (sq + params.cq_off.ring_mask);iou->sq = sq;iou->cqe = sq + params.cq_off.cqes;iou->sqe = sqe;iou->sqlen = sqlen;iou->cqlen = cqlen;iou->maxlen = maxlen;iou->sqelen = sqelen;iou->ringfd = ringfd;iou->in_flight = 0;iou->flags = 0;}uv__iou_init 完成了 io_uring 的初始化，并且把 io_uring 對(duì)應(yīng)的 fd 注冊(cè)到 epoll，當(dāng) io_uring 有任務(wù)完成時(shí)，就可以通過 epoll 感知到。接著就可以使用 io_uring 了。
下面看一個(gè)異步文件 IO 的操作。
int uv_fs_open(uv_loop_t* loop,uv_fs_t* req,const char* path,int flags,int mode,uv_fs_cb cb) {INIT(OPEN);PATH;req->flags = flags;req->mode = mode;if (cb != NULL)if (uv__iou_fs_open(loop, req))return 0;POST;}uv_fs_open 可以以異步的方式打開一個(gè)文件，之前時(shí)通過線程池實(shí)現(xiàn)的，加入 io_uring 后，就會(huì)多了一層攔截，來看看 uv__iou_fs_open。
int uv__iou_fs_open(uv_loop_t* loop, uv_fs_t* req) {struct uv__io_uring_sqe* sqe;struct uv__iou* iou;// 獲取 io_uring 結(jié)構(gòu)體iou = &uv__get_internal_fields(loop)->iou;// 獲取一個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)，任務(wù)節(jié)點(diǎn)會(huì)和 req 互相關(guān)聯(lián)，回調(diào)時(shí)會(huì)用到sqe = uv__iou_get_sqe(iou, loop, req);// 設(shè)置操作上下文sqe->addr = (uintptr_t) req->path;sqe->fd = AT_FDCWD;sqe->len = req->mode;// 設(shè)置操作類型sqe->opcode = UV__IORING_OP_OPENAT;sqe->open_flags = req->flags | O_CLOEXEC;// 提交任務(wù)uv__iou_submit(iou);return 1;}uviou_fs_open 中有兩個(gè)核心邏輯 uviou_get_sqe 和 uviou_submit，首先來看 uviou_get_sqe。
static struct uv__io_uring_sqe* uv__iou_get_sqe(struct uv__iou* iou,uv_loop_t* loop,uv_fs_t* req) {struct uv__io_uring_sqe* sqe;uint32_t head;uint32_t tail;uint32_t mask;uint32_t slot;if (iou->ringfd == -1)return NULL;head = atomic_load_explicit((_Atomic uint32_t*) iou->sqhead,memory_order_acquire);tail = *iou->sqtail;mask = iou->sqmask;slot = tail & mask;sqe = iou->sqe;// 從請(qǐng)求隊(duì)列中獲取一個(gè)節(jié)點(diǎn)sqe = &sqe[slot];memset(sqe, 0, sizeof(*sqe));// 任務(wù)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)到 req，回調(diào)時(shí)需要使用sqe->user_data = (uintptr_t) req;req->work_req.loop = loop;req->work_req.work = NULL;req->work_req.done = NULL;uv__queue_init(&req->work_req.wq);uv__req_register(loop, req);iou->in_flight++;return sqe;}uviou_get_sqe 主要是從任務(wù)隊(duì)列中獲取一個(gè)空閑節(jié)點(diǎn)并關(guān)聯(lián)上請(qǐng)求上下文結(jié)構(gòu)體，uviou_get_sqe 的調(diào)用方需要設(shè)置操作上下文，比如操作類型，操作的 fd 等。通過 uviou_get_sqe 獲取任務(wù)節(jié)點(diǎn)并設(shè)置了操作上下文后，這個(gè)任務(wù)就會(huì)自動(dòng)被操作系統(tǒng)感知。因?yàn)?Libuv 是使用了 UVIORING_SETUP_SQPOLL 模式，所以還需要判斷這時(shí)候內(nèi)核輪訓(xùn)線程是否處于睡眠狀態(tài)，這就是 uv__iou_submit 的邏輯。
static void uv__iou_submit(struct uv__iou* iou) {uint32_t flags;atomic_store_explicit((_Atomic uint32_t*) iou->sqtail,*iou->sqtail + 1,memory_order_release);flags = atomic_load_explicit((_Atomic uint32_t*) iou->sqflags,memory_order_acquire);// 判斷內(nèi)核線程是否處于睡眠狀態(tài)if (flags & UV__IORING_SQ_NEED_WAKEUP)// 喚醒內(nèi)核線程，說明有任務(wù)需要處理if (uv__io_uring_enter(iou->ringfd, 0, 0, UV__IORING_ENTER_SQ_WAKEUP))if (errno != EOWNERDEAD) /* Kernel bug. Harmless, ignore. /perror("libuv: io_uring_enter(wakeup)"); /這樣就完成了任務(wù)的提交。
任務(wù)完成后，io_uring 對(duì)應(yīng)的 fd 就會(huì)變成可讀，從而 epoll 就會(huì)感知到，來看看 epoll 的處理。下面是 epoll 處理就緒 fd 時(shí)的一段邏輯。
if(fd == iou->ringfd) {uv__poll_io_uring(loop, iou);have_iou_events = 1;continue;}如果是 io_uring 的 fd 可讀，則執(zhí)行 uv__poll_io_uring。
static void uv__poll_io_uring(uv_loop_t* loop, struct uv__iou* iou) {struct uv__io_uring_cqe* cqe;struct uv__io_uring_cqe* e;uv_fs_t* req;uint32_t head;uint32_t tail;uint32_t mask;uint32_t i;uint32_t flags;int nevents;int rc;// 完成隊(duì)列頭/尾節(jié)點(diǎn)head = iou->cqhead;tail = atomic_load_explicit((_Atomic uint32_t) iou->cqtail,memory_order_acquire);mask = iou->cqmask;cqe = iou->cqe;nevents = 0;// 遍歷完成隊(duì)列for (i = head; i != tail; i++) {e = &cqe[i & mask];// 拿到操作關(guān)聯(lián)的請(qǐng)求結(jié)構(gòu)體req = (uv_fs_t*) (uintptr_t) e->user_data;uv__req_unregister(loop, req);iou->in_flight--;// 操作返回值，表示操作是否成功req->result = e->res;// 執(zhí)行回調(diào)req->cb(req);}uv__poll_io_uring 的邏輯很簡(jiǎn)單，就是遍歷完成隊(duì)列，然后拿到對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求上下文結(jié)構(gòu)體，最后執(zhí)行它的回調(diào)。
現(xiàn)代軟件中大多數(shù)使用的 IO 模型是 epoll，隨著 io_uring 的發(fā)展和成熟，io_uring 將會(huì)出現(xiàn)在更多的軟件中，之前我也體驗(yàn)了一下 io_uring，有興趣的可以體驗(yàn)下 https://github.com/theanarkh/nodejs_io_uring。
本文鏈接：http://www.www897cc.com/showinfo-26-14326-0.html聊聊 Libuv 最近引入的 io_uring
聲明：本網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容旨在傳播知識(shí)，若有侵權(quán)等問題請(qǐng)及時(shí)與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間刪除處理。郵件：2376512515@qq.com
Copyright ? 2016-2023 天津谷騏科技有限公司 版權(quán)所有 sitemap.xml
違法及侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系：2376512515@qq.com 津ICP備18001702號(hào)
津公網(wǎng)安備 12010102000574號(hào)