Block MQ Tag Set 硬件资源调度

• 请求会被提前分配到各个硬件队列上
• Tag Set 提供了 CPU 和硬件队列的映射

用户空间的 I/O 提交

传统的同步IO 提交方式

异步IO 提交方式（IO_uring）

• 通过 mmap 将队列结构映射到用户空间（减少拷贝）
• 后端利用标准的系统调用（例如 readv、writev 等等）

BIO 数据结构

BIO 是块层的一个IO 单元

• BIO 是一个间接指针，它维护了用户要操作的数据在哪些物理位置，这样可以方便的进行切分（当队列受限的时候）或者复制（当一些数据要被拷贝到别的地方的时候）
• BIO 可以被合并，从而进行更大的提交请求，增大吞吐

硬件提交

提交

• 每个 BIO 会被链接到一个 Request 里，然后根据它携带的软件上下文放到一个 Request Queue 里，各个 Request Queue 会被排队调度（内核线程）提交到硬件中（设备驱动）

完成

• 为了保持数据 CPU 本地化，中断应该绑定到相关 MQ 软件上下文的 CPU，否则就使用软中断重定向
• 设备驱动负责把完成的请求对应到相应的Request 上
• 根据完成了多少字节得到进度，请求可能需要被重新调度
• bio 调用一系列回调，来通知内核线程/用户

块层的polling

polling 是Linux 内核的新特性，允许其使用轮训而非等待中断的方式来完成请求——可以减少时延并且减少高速设备由于中断引起的开销。使用时，发出 I/O 的应用线程或 io_uring 工作线程会主动在硬件队列中轮询发出的请求是否已完成

• 目前只支持NVMe 协议
• 设备驱动会为 polling 开一些关闭了中断的硬件队列
• 目前只支持应用层通过 DIRECT_IO 来使用polling

![[An Introduction to the Linux Kernel Block IO Stack.pdf]]