我正在寻找在 linux 上进行异步文件 I/O 的最有效方法。
POSIX glibc 实现在用户空间中使用线程。
本机 aio 内核 api 仅适用于非缓冲操作，存在用于内核添加对缓冲操作的支持的补丁，但这些补丁已经超过 3 年了，似乎没有人关心将它们集成到主线中。
我发现了许多其他可以允许异步 I/O 的想法、概念和补丁，尽管其中大多数都在 3 年以上的文章中。所有这些在今天的内核中真正可用的是什么？我读过关于 servlet、acall、内核线程的东西以及更多我现在不记得的东西。
在当今内核中进行缓冲异步文件输入/输出的最有效方法是什么？
【问题讨论】：
io_uring and get good buffered asynchronous file I/O on Linux。
标签： linux asynchronous io linux-kernel aio
(2021) 如果您的 Linux 内核足够新（至少 5.1，但更新的内核带来了改进），那么io_uring will be "the most efficient way to do asynchronous file input/output" *。这适用于缓冲和直接 I/O！
在 2019 年内核食谱视频“通过 io_uring 实现更快的 IO”中，io_uring 作者 Jens Axboe demonstrates buffered I/O via io_uring finishing in almost half the time of synchronous buffered I/O。正如@Marenz 所指出的，除非您想要用户空间线程io_uring 是唯一 进行缓冲异步I/O 的方式，因为Linux AIO (aka libaio/io_submit()) doesn't have the ability to always do buffered asynchronous I/O...
此外，在“现代存储速度非常快”一文中。 Glauber Costa demonstrates how careful use of io_uring with asynchronous direct I/O can improve throughput compared to using io_uring for asynchronous buffered I/O 在傲腾设备上。它要求 Glauber 具有用户空间预读实现（没有它缓冲 I/O 显然是赢家），但改进令人印象深刻。
* 这个答案的上下文显然与存储有关（在提到缓冲这个词之后）。对于网络 I/O，io_uring 在后来的内核中稳步改进，以至于它可以与epoll() 之类的东西进行交易，如果它继续下去，总有一天它会在所有情况下都相等或更好。
【讨论】：
我不认为异步文件 I/O 的 Linux 内核实现真的可用，除非你也使用 O_DIRECT，抱歉。
这里有更多关于世界当前状态的信息：https://github.com/littledan/linux-aio。它是由曾经在 Google 工作的人在 2012 年更新的。
【讨论】：
这些材料看起来很旧——嗯，它是旧的——因为它已经存在很长时间了，虽然绝不是微不足道的，但很好理解。一个你可以举起的解决方案发表在 W. Richard Stevens 的精湛而无与伦比的书中（阅读“圣经”）。这本书是清晰、简洁、完整的稀世珍宝：每一页都赋予了真实而直接的价值：
Advanced Programming in the UNIX Environment
另外两本，也是 Stevens 的，是他的 Unix Network Programming 合集的前两卷：
Volume 1: The Sockets Networking API （与 Fenner 和 Rudoff） 和
Volume 2: Interprocess Communications
我无法想象没有这三本基础书籍；当我找到一个没听说过他们的人时，我傻眼了。
还有更多史蒂文的书，同样珍贵：
【讨论】：
除非您想编写自己的 IO 线程池，否则 glibc 实现是一个可以接受的解决方案。对于完全在用户空间运行的东西，它实际上工作得非常好。
根据我的经验，内核实现根本不适用于缓冲 IO（尽管我看到其他人说相反的说法！）。如果您想通过 DMA 读取大量数据，这很好，但如果您打算利用缓冲区缓存，这当然会浪费大量时间。
另请注意，内核 AIO 调用实际上可能会阻塞。有一个大小有限的命令缓冲区，大的读取被分解成几个较小的。一旦队列满了，异步命令就会同步运行。惊喜。一两年前我遇到过这个问题，但找不到解释。四处询问给了我“是的，当然，这就是它的工作原理”的答案。
据我了解，支持缓冲 aio 的“官方”兴趣也不是很大，尽管多年来似乎有几种可行的解决方案。我读过的一些论点是“你无论如何都不想使用缓冲区”和“没有人需要那个”和“大多数人甚至还没有使用 epoll”。所以，嗯……嗯。
直到最近，才能通过已完成的异步操作获得 epoll 信号是另一个问题，但与此同时，通过 eventfd 可以正常工作。
请注意，glibc 实现实际上会在__aio_enqueue_request 内按需生成 线程。这可能没什么大不了的，因为生成线程不再那么非常昂贵，但应该意识到这一点。如果您对启动异步操作的理解是“立即返回”，那么这个假设可能不正确，因为它可能首先产生了一些线程。
编辑：
作为旁注，在 Windows 下存在与 glibc AIO 实现中的情况非常相似的情况，其中“立即返回”对异步操作进行排队的假设是不正确的。
如果您要读取的所有数据都在缓冲区缓存中，Windows 将决定改为运行请求同步，因为无论如何它都会立即完成。这是有据可查的，当然听起来也很棒。除非有几兆字节要复制，或者另一个线程有页面错误或同时执行 IO（因此竞争锁）“立即”可能是一个令人惊讶的长时间——我已经看到“立即”时间为 2 -5 毫秒。这在大多数情况下都没有问题，但例如在 16.66 毫秒帧时间的约束下，您可能不想冒险在随机时间阻塞 5 毫秒。因此，“可以从我的渲染线程执行异步 IO 没问题，因为异步不会阻塞”的幼稚假设是有缺陷的。
【讨论】：