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非同期 I/O  概説 Introduction to Asynchronous I/O AIO, I/O Multiplexing…
今日の目的 ,[object Object],[object Object],[object Object]
アジェンダ ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
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ネットワークサーバのお仕事を考えてみる ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
一般的な I/O の特性 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
ネットワークサーバ ×I/O ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
The C10K problem ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
C10K - I/O 戦略 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],非同期 I/O
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I/O モデルの整理 Synchronous Asynchronous Blocking Non-blocking read/write read/write (O_NONBLOCK) I/O multiplexing I/O 多重化 (select, poll) AIO 非同期 I/O (POSIX AIO, libaio) ~  Boost application performance using asynchronous I/O http://www-128.ibm.com/developerworks/linux/library/l-async/
I/O 多重化とは ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
AIO とは ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
I/O 多重化  vs AIO ,[object Object],[object Object]
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AIO の実装 –  Linux 2.6 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
AIO の実装 –  FreeBSD 6.2 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
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POSIX AIO –  スレッド通知 iocb->aio_fildes = … iocb->aio_buf  = … iocb->aio_nbytes = … iocb->aio_offset = … iocb->aio_sigevent.sigev_notify =  SIGEV_THREAD ; iocb->aio_sigevent.sigev_notify_function =  rd_done ; iocb->aio_sigevent.sigev_value.sival_ptr =  iocb ; aio_read (iocb); /* void  rd_done (sigval_t sigval) */ iocb = (struct aiocb *)sigval.sival_ptr; while ((rc =  aio_error (iocb)) == EINPROGRESS); rc =  aio_return (iocb); char *buf = (void *)iocb->aio_buf; struct aiocb の初期化 aiocb を取り出す データが詰まってる buf 返り値を得る エラー状態を確認 スレッドを起床して通知 コールバック関数 自分自身を格納 非同期処理をリクエスト
POSIX AIO –  スレッド通知/注意点 ,[object Object],[object Object]
POSIX AIO –  シグナル通知 iocb->aio_fildes = … iocb->aio_buf  = … iocb->aio_nbytes = … iocb->aio_offset = … iocb->aio_sigevent.sigev_notify =  SIGEV_SIGNAL ; iocb->aio_sigevent.sigev_signo  =  SIGIO_READ ; iocb->aio_sigevent.sigev_value.sival_ptr =  iocb ; aio_read (iocb); /* void  rd_done (int signo, siginfo_t *info, void *context) */ iocb = (struct aiocb *)info->si_value.sival_ptr; while ((rc =  aio_error (iocb)) == EINPROGRESS); rc =  aio_return (iocb); char *buf = (void *)iocb->aio_buf; struct aiocb の初期化 aiocb を取り出す ☚ データが詰まってる buf 返り値を得る エラー状態を確認 シグナルで通知 ☚ 発生シグナルを指定 ☚ 自分自身を格納 非同期処理をリクエスト sigemptyset(&sigact_r.sa_mask); sigact_r.sa_flags = SA_SIGINFO; sigact_r.sa_sigaction =  rd_done ; sigaction( SIGIO_READ , &sigact_r, NULL); シグナルハンドラ
POSIX AIO –  シグナル通知/注意点 ,[object Object],[object Object]
libaio io_queue_init (AIO_MAXIO, &myctx); struct iocb *ioq[n]; for (i=0; i<=n; i++) { io_prep_pread (iocb, srcfd, iosize, offset); io_set_callback (iocb, rd_done); ioq[i] = iocb; } io_submit (myctx, n, ioq); io_queue_run (myctx); io_queue_wait(myctx, NULL); /* void rd_done(io_context_t ctx,  struct iocb *iocb , long res,…) */ int iosize  = iocb->u.c.nbytes; char *buf  = iocb->u.c.buf; off_t offset = iocb->u.c.offset; 非同期イベント処理-> CB データが詰まってる buf コンテキストの初期化 iocb のセットアップ (read) コールバック関数のセット 非同期処理をリクエスト 非同期処理の完了を待つ
サンプルコードのありか ,[object Object]
アジェンダ ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
sival_ptr と sigval_ptr ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],/* borrow from lighttpd-1.5.0 */ #if (defined(__FreeBSD__) || defined(__DragonFly__)) #define sival_ptr sigval_ptr #endif
AIO を使っているプロダクト ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],io_queue_* を使っていない。 が、実は io_queue_* は io_setup や io_getevents のラッパーにすぎない
POSIX AIO で扱えるファイルディスクリプタ ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
libaio で扱えるファイルディスクリプタ ,[object Object],[object Object],[object Object]
では、 lighttpd はどこで libaio を使っているのか? ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],read(2)+write(2) よりも mmap(2)+sendfile(2) のほうが早い。 なぜなら、カーネル内でコピーが行われるから。
レベルトリガとエッジトリガ ,[object Object],[object Object],[object Object]
レベルトリガとエッジトリガ ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
レベルトリガとエッジトリガ ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
Syslets, Threadlets ,[object Object],[object Object],[object Object],“ Syslets” はカーネル内で小さなプログラムを動作させるための手段であり、システムコールを非同期かつユーザー空間から出ずに実行する方法です。 “ Threadlets” はユーザー空間で非同期のコードを実行するメカニズムと同類です。 どちらのケースでも、コードの問い合わせがブロックしない限り同期的に実行されますが、もし何かを待たなければならない場合カーネルはスレッドを生成し ( スペアのスレッドが再利用される場合もある ) 、ユーザー空間でそのスレッドを実行します。 このパッチの最初の動機はメンテナンスに大変な手間が掛かる  AIO  のアプローチを使わずに、完全な非同期  I/O  を実装を可能にすることでした。 以来、 syslets  と  threadlets  はシステムコールの非同期実行を可能にしただけでなく、より多くのアプリケーションの対応が可能となりました。
参考文献 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
おしまい

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  • 11. I/O モデルの整理 Synchronous Asynchronous Blocking Non-blocking read/write read/write (O_NONBLOCK) I/O multiplexing I/O 多重化 (select, poll) AIO 非同期 I/O (POSIX AIO, libaio) ~ Boost application performance using asynchronous I/O http://www-128.ibm.com/developerworks/linux/library/l-async/
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  • 20. POSIX AIO – スレッド通知 iocb->aio_fildes = … iocb->aio_buf = … iocb->aio_nbytes = … iocb->aio_offset = … iocb->aio_sigevent.sigev_notify = SIGEV_THREAD ; iocb->aio_sigevent.sigev_notify_function = rd_done ; iocb->aio_sigevent.sigev_value.sival_ptr = iocb ; aio_read (iocb); /* void rd_done (sigval_t sigval) */ iocb = (struct aiocb *)sigval.sival_ptr; while ((rc = aio_error (iocb)) == EINPROGRESS); rc = aio_return (iocb); char *buf = (void *)iocb->aio_buf; struct aiocb の初期化 aiocb を取り出す データが詰まってる buf 返り値を得る エラー状態を確認 スレッドを起床して通知 コールバック関数 自分自身を格納 非同期処理をリクエスト
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  • 22. POSIX AIO – シグナル通知 iocb->aio_fildes = … iocb->aio_buf = … iocb->aio_nbytes = … iocb->aio_offset = … iocb->aio_sigevent.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL ; iocb->aio_sigevent.sigev_signo = SIGIO_READ ; iocb->aio_sigevent.sigev_value.sival_ptr = iocb ; aio_read (iocb); /* void rd_done (int signo, siginfo_t *info, void *context) */ iocb = (struct aiocb *)info->si_value.sival_ptr; while ((rc = aio_error (iocb)) == EINPROGRESS); rc = aio_return (iocb); char *buf = (void *)iocb->aio_buf; struct aiocb の初期化 aiocb を取り出す ☚ データが詰まってる buf 返り値を得る エラー状態を確認 シグナルで通知 ☚ 発生シグナルを指定 ☚ 自分自身を格納 非同期処理をリクエスト sigemptyset(&sigact_r.sa_mask); sigact_r.sa_flags = SA_SIGINFO; sigact_r.sa_sigaction = rd_done ; sigaction( SIGIO_READ , &sigact_r, NULL); シグナルハンドラ
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  • 24. libaio io_queue_init (AIO_MAXIO, &myctx); struct iocb *ioq[n]; for (i=0; i<=n; i++) { io_prep_pread (iocb, srcfd, iosize, offset); io_set_callback (iocb, rd_done); ioq[i] = iocb; } io_submit (myctx, n, ioq); io_queue_run (myctx); io_queue_wait(myctx, NULL); /* void rd_done(io_context_t ctx, struct iocb *iocb , long res,…) */ int iosize = iocb->u.c.nbytes; char *buf = iocb->u.c.buf; off_t offset = iocb->u.c.offset; 非同期イベント処理-> CB データが詰まってる buf コンテキストの初期化 iocb のセットアップ (read) コールバック関数のセット 非同期処理をリクエスト 非同期処理の完了を待つ
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