用 io_uring 替代 epoll 实现高速 polling

前面的文章说到 io_uring 是 Linux 中最新的原生异步 I/O 实现，实际上 io_uring 也支持 polling，是良好的 epoll 替代品。

API

使用 io_uring 来 poll 一个 fd 很简单。首先初始化 io_uring 对象（io_uring_queue_init），拿到 sqe（io_uring_get_sqe）是所有 io_uring 操作都必要的，前文已经介绍这里不做过多说明。拿到 sqe 之后，使用 io_uring_prep_poll_add 初始化 sqe 指针。

static inline void io_uring_prep_poll_add(struct io_uring_sqe *sqe, int fd,
                      short poll_mask);

第一个参数就是前面获得的 sqe 指针；第二个参数是你要 poll 的文件描述符；第三个是标志位，这里 io_uring 没有引入新的标志（宏），而是沿用了 poll(2) 定义的标志，如 POLLIN、POLLOUT 等。

如其他 I/O 请求一样，每个 sqe 都可以设置一个用户自己的值在里面，使用 io_uring_sqe_set_data

可以看到一次只能添加一个 poll 请求。如果有多个 fd，那么重复调用 io_uring_get_sqe 获取多个 sqe 指针分别 io_uring_prep_poll_add 即可。 io_uring_get_sqe 不是系统调用不会进入内核， io_uring_prep_poll_add 则是简单的结构体参数赋值，所以没有速度问题。

添加完需要的请求后使用 io_uring_submit 统一提交、使用 io_uring_peek_cqe 获取完成情况等操作与标准异步 I/O 请求一致。

使用 io_uring 做 polling 与 epoll、poll 的默认模式有一个很大的区别就是 io_uring 的 polling 始终工作在 one-shot 模式下（等同于 epoll 的 EPOLLONESHOT ），即一旦某个 poll 操作完成，用户必须重新提交 poll 请求否则不会触发新的事件，这样保证每个 poll 请求有且只有一个响应。然后既然是 one-shot 模式，也就没有类似 epoll 中的 LT、ET 模式之分

清除进行中的 polling 请求使用 io_uring_prep_poll_remove

static inline void io_uring_prep_poll_remove(struct io_uring_sqe *sqe,
                         void *user_data);

也是需要 sqe 然后 submit。可以看到这个函数很特别的直接需要 user_data 参数。内核是在用之前提交的 user_data 和你现在指定的 user_data 做对比，删除值相等的请求。

示例

在网络编程中最开始的需求就是异步监听客户端接入（O_NONBLOCK accept），这也是好多 epoll 的代码示例。用 io_uring 如下：

int sockfd = socket(...);
bind(...);
listen(...);

struct io_uring ring;
io_uring_queue_init(32, &ring, 0);

struct io_uring_sqe *sqe = io_uring_get_sqe(&ring);
io_uring_prep_poll_add(sqe, sockfd, POLLIN);
io_uring_submit(&ring);

struct io_uring_cqe *cqe;
io_uring_wait_cqe(&ring, &cqe);

int clientfd = accept(sockfd, ...);

完

个人感觉如果拿 io_uring 纯做 polling 的话没有什么优势。拿 io_uring 做 polling 最有用的一点是把 polling 和 aio 的完成事件做统一监听和处理。想象拿到 clientfd 之后就可以立即使用 io_uring_prep_readv 读取请求体，同时又可以再使用 io_uring_prep_poll_add 接受其他客户端接入，这样才是真正的异步编程。