Dragon Lizard ホワイトペーパーのセレクション: io_uring を使用したデータベースシステムのパフォーマンスの向上

テキスト/高性能ストレージ SIG

01 背景紹介

従来のIOソフトウェアスタックでは高性能ストレージデバイスの性能を十分に引き出すことができず、高性能IOスタックは現在のストレージ分野における重要な研究テーマの1つとなっており、代表例としてはユーザーモードソリューションSPDKや標準のカーネルモードソリューション io_uring。

02 キーテクノロジー

Linux コミュニティは、新しい非同期 IO フレームワーク io_uring をゼロから設計しました。io_uring コミットおよび完了イベントでのメモリのコピーを回避するために、アプリケーションとカーネル間の通信用に 1 対の共有リングバッファが設計されています。この設計の利点は次のとおりです。

リクエストを送信して完了するときに、アプリケーションとカーネルの間でメモリのコピーを行う必要はありません。
SQPOLL 拡張機能を使用する場合、アプリケーションはシステムコールを必要としません。
ロックフリー操作、メモリオーダリングを使用した同期の実現など。

Dragon Lizard コミュニティは、2020 年前半から io_uring コミュニティの開発に参加し、多くの機能と最適化に貢献し、グラフデータベースシナリオでのコンテナ化された展開とターゲットを絞った最適化を検討してきました。

技術的な利点: アプリケーションは、統一された標準システムコールを通じて io_uring を使用します。従来の Linux ネイティブ AIO と比較して、io_uring はダイレクト IO のみをサポートするという制限と追加のメモリコピーオーバーヘッドを排除し、ユーザーモードフレームワーク SPDK と比較して、io_uring は追加のユーザーモードドライバーを開発することなく Linux カーネルの標準ドライバーを再利用できます。シーンはより一般的になり、プログラミングインターフェイスはより使いやすくなりました。

このテクノロジーの特徴は次のとおりです。

使いやすく、アプリケーションの統合も簡単です。
ストレージ IO だけでなく、ネットワーク IO にも拡張可能です。
Buffer IOのサポートなど、あらゆるアプリケーションに対応する豊富な機能。
特にほとんどの 512 バイトまたは 4K IO シナリオで効率的です。
ピーク時のシナリオなどのパフォーマンスのニーズに合わせて拡張可能。

アプリケーションシナリオ: io_uring は、非同期 IO を必要とするほとんどのビジネスおよびアプリケーションに適用できます。現在、io_uring は、RocksDB、Netty、QEMU、SPDK、PostgreSQL、MariaDB など、多くの主流のオープンソースアプリケーションに統合されています。

03 グラフデータベースエンジンiGraph最適化実践

グラフコンピューティングサービス Graph Compute は、Dragon Lizard コミュニティの議長ユニットである Alibaba Cloud によって開発された高性能分散グラフコンピューティング製品であり、制御、ナレッジグラフ、ソーシャルネットワーク、その他のシナリオに幅広い用途があります。そのコアエンジン iGraph は、ディスクベースのクエリアクセスシナリオに io_uring を導入し、高い IOPS での安定した動作をサポートします。

実際の結果: グラフデータベースエンジン iGraph が io_uring によって最適化された後、オンラインオペレーティング環境の CPU オーバーヘッドが元の Linux の CPU オーバーヘッド以下であるという前提の下で、ビジネスのエンドツーエンドレイテンシが 20% 最適化されました。ネイティブ AIO バージョン。

Dragon Lizard ホワイトペーパーのその他の厳選された内容:

[1] DPU シナリオ用のソフトウェアとハードウェアの協調プロトコルスタック

【2】アジャイル開発シナリオにおけるスケジューラホットアップグレードSDK

[3] クロスクラウドエッジエンド読み取り専用ファイルシステム EROFS

【4】Dragon Lizard はインテルの第 4 世代スケーラブルプロセッサー SPR プラットフォームを完全サポート

[5] ヘテロジニアスコンピューティング用アクセラレータ SDK

【6】SM4アルゴリズムに基づくファイル暗号化(fscrypt)の実践

【7】CentOS移行シナリオのスムーズな移行ソリューション