nginx 0.8.x稳定版对linux aio的支持 | pagefault

前几天nginx的0.8.x正式成为stable，然后看了下代码，发现0.8加入了linux native aio的支持，我们知道在linux下有两种aio，一种是glibc实现的aio，这个比较烂，它是直接在用户空间用pthread进行模拟的。还有一 种就是内核实现的aio，这些系统调用是以io_xxx开始的，而在nginx的0.8 中使用的是后一种,下面我们简称后一种为native aio.这里注意native aio只支持direct io。

而native aio的优点就是能够同时提交多个io请求给内核，然后直接由内核的io调度算法去处理这些请求(direct io)，这样的话，内核就有可能执行一些合并，优化。

native aio包含下面几个系统调用：

1	io_setup(2),io_cancel(2), io_destroy(2), io_getevents(2), io_submit(2)

要使用他们必须安装libaio这个库，这个库也就是简单的封装了上面的几个系统调用，而nginx中没有使用libaio这个库，而是直接使用 syscall来调用系统调用。现在先大概介绍下这几个api，io_setup用于建立一个aio的环境，io_cancel用于删除一个提交的句柄的 任务。io_getevents用于得到任务执行完毕之后的事件信息。io_submit用于提交任务。详细的api介绍去看man手册。

然后就来看nginx是如何使用它的。这里nginx是这样处理的，它利用了系统调用eventfd，用eventfd建立一个句柄，然后将这个句 柄加入到epoll中监听，然后在io_submit提交任务的时候，将aio_flags设置为IOCB_FLAG_RESFD，并且 aio_resfd设置为eventfd建立的那个句柄，这样当io请求完成后，会象aio_resfd中写入完成的请求数，然后此时epoll就接到可 读通知，从而进行后续操作。

首先是在ngx_epoll_init中，这里主要是建立aio的环境.

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#if (NGX_HAVE_FILE_AIO)         {         int                 n;         struct epoll_event  ee; //调用eventfd         ngx_eventfd = syscall(SYS_eventfd, 0);           if (ngx_eventfd == -1) {             ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, cycle->log, ngx_errno,                           "eventfd() failed");             return NGX_ERROR;         }           n = 1; //设置异步         if (ioctl(ngx_eventfd, FIONBIO, &n) == -1) {             ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, cycle->log, ngx_errno,                           "ioctl(eventfd, FIONBIO) failed");         }           ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0,                        "eventfd: %d", ngx_eventfd); //安装aio的环境         n = io_setup(1024, &ngx_aio_ctx);           if (n != 0) {             ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, cycle->log, -n, "io_setup() failed");             return NGX_ERROR;         } //设置将要传递给epoll的数据，可以看到都是和eventfd关联的         ngx_eventfd_event.data = &ngx_eventfd_conn; //这个就是当eventfd可读被通知后，epoll所将要执行的读方法。         ngx_eventfd_event.handler = ngx_epoll_eventfd_handler;         ngx_eventfd_event.log = cycle->log;         ngx_eventfd_event.active = 1;         ngx_eventfd_conn.fd = ngx_eventfd;         ngx_eventfd_conn.read = &ngx_eventfd_event;         ngx_eventfd_conn.log = cycle->log; //检测可读事件         ee.events = EPOLLIN|EPOLLET;         ee.data.ptr = &ngx_eventfd_conn; //加入到epoll中。         if (epoll_ctl(ep, EPOLL_CTL_ADD, ngx_eventfd, &ee) == -1) {             ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, cycle->log, ngx_errno,                           "epoll_ctl(EPOLL_CTL_ADD, eventfd) failed");             return NGX_ERROR;         }         } #endif     }

然后是提交任务，这个动作是在ngx_file_aio_read中进行的。它主要是设置io_submit所需要的参数，然后传递io请求给 io_submit.这里有个关键的就是aio_flags的设置，这个标记说明我们要使用aio_resfd来接收aio执行的结果。其实也就是执行的 io任务的个数.

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ngx_memzero(&aio->aiocb, sizeof(struct iocb));       aio->aiocb.aio_data = (uint64_t) (uintptr_t) ev; //这里设置是读，nginx只使用到了异步读取     aio->aiocb.aio_lio_opcode = IOCB_CMD_PREAD;     aio->aiocb.aio_fildes = file->fd;     aio->aiocb.aio_buf = (uint64_t) (uintptr_t) buf;     aio->aiocb.aio_nbytes = size;     aio->aiocb.aio_offset = offset; //设置标记     aio->aiocb.aio_flags = IOCB_FLAG_RESFD;     aio->aiocb.aio_resfd = ngx_eventfd;       ev->handler = ngx_file_aio_event_handler;       piocb[0] = &aio->aiocb; //提交请求     n = io_submit(ngx_aio_ctx, 1, piocb);

最后是当io请求完成后，nginx的回调函数如何处理的。前面的代码分析我们知道回调函数是 ngx_epoll_eventfd_handler，因此我们就来看这个函数，它的流程比较简单，首先从eventfd中读取返回的事件个数，然后调用 io_getevents来获得所完成的io请求事件。

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static void ngx_epoll_eventfd_handler(ngx_event_t *ev) {     int               n;     long              i, events;     uint64_t          ready;     ngx_err_t         err;     ngx_event_t      *e;     ngx_event_aio_t  *aio;     struct io_event   event[64];     struct timespec   ts;       ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, ev->log, 0, "eventfd handler"); //开始读取完成的     n = read(ngx_eventfd, &ready, 8);       err = ngx_errno; ...........................................................       ts.tv_sec = 0;     ts.tv_nsec = 0;       while (ready) { //用来得到所完成event，events就是事件的个数,而event则是一个事件数组         events = io_getevents(ngx_aio_ctx, 1, 64, event, &ts);           ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, ev->log, 0,                        "io_getevents: %l", events);           if (events > 0) {             ready -= events; //遍历event，然后处理事件.             for (i = 0; i < events; i++) {                   ngx_log_debug4(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, ev->log, 0,                                "io_event: %uXL %uXL %L %L",                                 event[i].data, event[i].obj,                                 event[i].res, event[i].res2);                   e = (ngx_event_t *) (uintptr_t) event[i].data;                   e->complete = 1;                 e->active = 0;                 e->ready = 1;                   aio = e->data;                 aio->res = event[i].res; //post事件                 ngx_post_event(e, &ngx_posted_events);             }               continue;         } ......................................     } }