我应该使用什么库或API来实现执行异步IO的linux内核模块？

Question

首先，我将告诉我的个人电脑环境，我的问题的背景，我的问题，比我将解释我的确切问题。

环境：

操作系统: Ubuntu 16.04

内核: 4.17.1

CPU: i7-6700 k

内存: 8GB DRAM

存储空间: SSD 120 SSD

背景：

我正在尝试为我的特定应用程序优化linux内核。以下是此应用程序的抽象逻辑。

1. 调用malloc，分配大小正好为4KB(页大小)的内存空间。
2. 将预定义数据(同样，大小为4KB)复制到分配的内存空间。
3. 做计算
4. 空闲内存空间。 这个序列大约每秒发生几千到一万次。因此，我认为每秒钟使用memcpy()数千次将预定义的数据复制到分配的内存空间中是非常低效的。但是我不能修复这个应用程序的代码。

我的问题：

我希望通过内核模块异步执行这些副本，使用尽可能少的CPU周期。因此，我试图实现一个内核模块，该模块将预定义的数据复制到内核中异步释放页面帧，并管理具有预定义数据的池页帧。当我的特定应用程序请求一个页面框架时，我的内核将从这个池中提供一个页面框架。

为了异步复制数据，我首先考虑了DMA，但是CPU的英特尔idma64不能异步地将数据内存复制到内存中。现在，我试图将这些数据从二级存储(SSD)复制到内存中。我发现linux中有一个名为libaio的异步IO库。

我的问题：

1. 我可以在内核模块中使用libaio库吗？如果没有，那么在内核模块中异步复制需要使用什么样的库或API？
2. 李白(或其他东西)真的会在不利用CPU周期的情况下复制吗？

Answer 1

我不认为您需要编写内核模块。使用文件内存映射集合的CPU固定线程的用户空间线程池将尽可能高效地实现。只需小心"TLB射击“，即避免修改进程的地址空间，并尽可能多地抛出虚拟地址空间以避免这一问题。也许有一点暗示内核，什么写的页面永远不会再通过madvise()使用，而且您应该是最优的--足够多的多线程将最大限度地提高SSD的队列深度，您希望将目标对准QD8到QD16，并且应该很容易地使NVMe链接饱和，同时将CPU使用率保持在100%以下。

如果您有许多NVMe链接的SSD，您可能需要考虑用更可伸缩的存储i/o来代替Linux，但是这里存在吞吐量和可伸缩性的权衡。如果正确地划分工作，Windows和FreeBSD将在许多设备上进行更好的扩展，但是Linux在一些设备上会做得更好。祝好运!