Linux中POSIX AIO和libaio之间的区别是什么？

Question

我所理解的是：

POSIX AIO APIs在<aio.h>中进行了原型设计，您需要使用librt(-lrt)链接您的程序，而libaio APIs在<libaio.h>中，您的程序需要链接libaio(-laio)。

我无法理解的是：

1.内核是否会以不同的方式处理这两种方法？

2.对于使用这两种方法，O_DIRECT标志是否是必需的？

正如这篇文章中提到的，当使用libaio时，在没有O_DIRECT的情况下，libaio可以正常工作。好的，我明白了，但是：

根据R.Love的Linux系统编程一书所述，Linux仅支持在使用O_DIRECT打开的常规文件上使用aio(我假设是POSIX AIO)。但是，我编写的一个小程序(aio.h,链接了-lrt)，在未使用O_DIRECT标志打开的文件上调用aio_write函数时却能够无问题运行。

- itisravi

Answer 1

在linux上，两种AIO实现有根本的不同。

POSIX AIO是一种用户级别的实现，它在多个线程中执行普通的阻塞式I/O操作，从而产生I/O是异步的错觉。这样做的主要原因是：

1. 它适用于任何文件系统
2. 它基本上适用于任何操作系统（请记住gnu的libc是可移植的）
3. 它适用于启用缓冲的文件（即未设置O_DIRECT标志）

主要缺点是，队列深度（即实际上可以有多少未完成操作）受您选择的线程数限制，这也意味着一个磁盘上的慢操作可能会阻塞传往另一个磁盘的操作。它还会影响内核和磁盘调度程序看到的哪些I / O（或多少）。

内核AIO（即io_submit()等）是内核支持异步I / O操作的方式，其中io请求实际上在内核中排队，由任何磁盘调度程序进行排序，可能会将其中一些以异步操作（使用TCQ或NCQ）的方式转发到实际磁盘。该方法的主要限制是，并非所有文件系统都很好地或根本不支持异步I/O（可能会回退到阻塞语义），文件必须使用O_DIRECT打开，这会附带许多其他的I/O请求限制。如果您未使用O_DIRECT打开文件，则可能仍然“工作”，也就是说，您会收到正确的数据返回，但它可能并不是异步完成的，而是回退到了阻塞语义。

还请注意，在某些情况下，io_submit()实际上可能会在磁盘上阻塞。

- Arvid

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谢谢回复。因此，对于POSIX AIO，O_DIRECT不是*必须的，但对于内核AIO，它是（为了确保没有回退发生）？这似乎与书中提到的内容相矛盾。在内核代码中，VFS具有这些aio_read/write函数，这些函数由aio_read/write系统调用调用（这是POXIS AIO而不是内核AIO）。 - itisravi

没有 aio_* 系统调用（http://linux.die.net/man/2/syscalls）。你在 vfs 中看到的 aio_* 函数可能是内核 aio 的一部分。用户级别的 aio_* 函数不能一一映射到系统调用。 - Arvid

@Arvid，您能否详细说明io_submit()在什么情况下会阻塞？（您提到有时它可能会阻塞磁盘） - ARH

我的理解是块设备层基本上保证不会阻塞。如果你只关心访问原始磁盘，那么没问题。然而，文件系统并没有假定有人可能想异步使用它们。我测试了ext4、reiser和xfs。如果我没记错，ext4是最容易阻塞的，但也是完成我的基准测试最快的。在linux-aio邮件列表中搜索会给你很多结果。这是我的链接：http://article.gmane.org/gmane.linux.kernel.aio.general/3024/match=blocking+io_submit - Arvid

这里有一份非详尽列表，列出了导致io_submit()阻塞的因素，请参考https://dev59.com/E1sW5IYBdhLWcg3wyZ0w#46377629 - Anon