StratoVirt的virtio-block设备后端支持配置io_uring

答辩相关

答辩Slices位于根目录的

openEuler Competition Slice - zhaos -v2.pdf
openEuler Competition Slice - zhaos -v2.pptx

介绍

基于stratovirt的后端虚拟块设备，实现对异步读写组件iouring的支持。

1. 基于crate libc，封装425-427号系统调用与相关iouring的数据结构、宏定义与枚举类型。

2. 实现异步上下文结构体UringContext(util/src/aio/uring.rs), 其成员函数分别实现setup(), enter()和register()功能，具体来说：

   • 构造函数new()：调用sys_io_uring_setup()初始化iouring，注册eventfd，并完成sq,cq,sqe三段内存的映射，构造异步上下文UringContext。
   • 请求提交submit(): 接收Iocb相关参数(file_fd, iovec, offset等)，构造并向sqe尾部(tail)添加请求，调用sys_io_uring_enter()提交。
   • 获取结果get_buffs(): 由handle调用，从cq_head开始读取cqes的返回数据(user_data, res)，打包成EventResult结构返回。

3. 按需修改部分mod.rs和block.rs文件中代码逻辑。

4. sample_program内为示例代码的实现，测试上下文结构为SampleContext(util/src/aio/uring.rs)。

项目目录树

util/src
├── aio
│   ├── mod.rs
│   └── uring.rs
device_model/src
├── virtio
│   └── block.rs
sample_program/src
├── main.rs
├── testFile.txt

执行原理

说明

代码基于kernel 5.3，rust-libc 0.2.71版本撰写。虚拟机编译与运行方式同原生系统，详见stratovirt

./startup.sh为启动脚本（需要更改个别参数路径）。

# Make sure api-channel can be created.
rm -f /tmp/stratovirt.socket

# Start StratoVirt
./target/release/stratovirt \
-kernel /home/zs/kernel/vmlinux.bin \
-append console=ttyS0 pci=off reboot=k panic=1 root=/dev/vda \
-drive file=/home/zs/rootfs.ext4,id=rootfs,readonly=off,direct=on \
-api-channel unix:/tmp/stratovirt.socket -serial stdio \
-disable-seccomp

可用性测试

1. 示例代码（stratovirt/sample_program）：示例代码使用iouring读取一个小于512字节的文件（测试文件位于stratovirt/sample_program/src/testFile.txt）。您可以通过修改testFile.txt文件来输入测试数据。

[zs@localhost sample_program]$ cargo build & cargo run
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.00s
     Running `target/debug/sample_program_Q14`
[Sample Result]: 2020 openEuler Contest - Q14

2. 与stratovirt整合测试：根据输出信息来看，uringcontext建立，数据submit，eventfd事件响应并读取数据的流程正确。

[UringContext submit] 
urcb.aio_fildes : 36
urcb.opcode : 1
urcb.aio_buf : 94519392787568
[UringContext submit over]

[Uring Handle]
e.res : 1024
e.data : 94519392789008
(*aiocb).file_fd : 36
complete_cb desc_index: 0
complete_cb rw_len: 1024
[Uring Handle over]

上述打印信息中submit的请求数据来源于Aiocb，在rw_aio及process_list流程中被构造为urcbs，其中data域被置为CbNode类型，这是为了迎合handle流程时数据的提取。

事件响应时输出的e.res和e.data实为此时cqes头部元素的res和user_data。接着调用在build_aio中注册的回掉函数complete_func，desc_index和rw_len为接下来add_used所需参数。

3. 性能测试

当前项目还未整合iouring的部分性能优化feature，详细的性能测试有待进一步更新。

to be continue..

作者简历

TOPIC_ID:14, TEAM_ID:1996338335, TEAM_NAME:NBJL挤牙膏大师.

队长&成员：赵盛，南开大学-计算机学院。