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title: 内核态AIO VS 用户态AIO-官方技术文章-鲲鹏社区
description: 在当今高并发、IO 密集型的系统架构中，异步 IO（AIO）一直是提升性能的关键技术。然而，关于“AIO 应该放在哪里实现”的讨论，业界存在着明显的分水岭：内核态 AIO 与 用户态 AIO。内核态 AIO 依托于操作系统提供的原生接口（如 Linux 的 io_uring 或传统的 libaio），理论上能减少系统调用开销，实现真正的异步语义；而用户态 AIO 则通过在应用层模拟异步行为（如基于
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# 内核态AIO VS 用户态AIO-官方技术文章-鲲鹏社区

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描述: 在当今高并发、IO 密集型的系统架构中，异步 IO（AIO）一直是提升性能的关键技术。然而，关于“AIO 应该放在哪里实现”的讨论，业界存在着明显的分水岭：内核态 AIO 与 用户态 AIO。内核态 AIO 依托于操作系统提供的原生接口（如 Linux 的 io_uring 或传统的 libaio），理论上能减少系统调用开销，实现真正的异步语义；而用户态 AIO 则通过在应用层模拟异步行为（如基于
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内核态AIO VS 用户态AIO

内核态AIO VS 用户态AIO

内核操作系统性能调优IO

发表于 2026/04/30

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作者|黎炳材

背景介绍

在当今高并发、IO 密集型的系统架构中，异步 IO（AIO）一直是提升性能的关键技术。然而，关于“AIO 应该放在哪里实现”的讨论，业界存在着明显的分水岭：内核态 AIO 与 用户态 AIO。内核态 AIO 依托于操作系统提供的原生接口（如 Linux 的 io_uring 或传统的 libaio），理论上能减少系统调用开销，实现真正的异步语义；而用户态 AIO 则通过在应用层模拟异步行为（如基于事件循环 + 线程池），虽然绕过了内核调度的某些局限，但可能引入额外的内存复制和上下文切换。理解这两者的本质区别，是构建高性能存储系统或网络服务的基石。

用户态AIO

普遍使用的是POSIX AIO。是一个用户级实现，在多个线程中执行正常的阻塞 I/O，从而给人一种 I/O 异步的错觉。这样做的主要原因是：

1.它适用于任何文件系统

2.它基本上可以在任何操作系统上运行（记住GNU的LIBC是便携的）

3.它适用于启用缓冲（即未设置O_DIRECT标志）的文件

主要缺点是队列深度（即实际可完成的未完成操作数量）受限于你选择的线程数，这也意味着一个磁盘上的慢操作可能会阻碍到另一个磁盘的操作。这也会影响内核和磁盘调度器能看到的输入/操作系统（或数量）。

内核态AIO

普遍使用的是LIBAIO，是内核对异步I/O操作的支持，其中IO请求实际上被排队在内核中，按你所用的磁盘调度器排序，其中部分请求会以理想顺序转发到实际磁盘，作为异步操作（使用TCQ或NCQ）。

模拟测试

接下来我们采用NVME硬盘、测试工具FIO可进行实测模拟。分别采用不同的队列深度和线程数对POSIX AIO和LIBAIO进行测试，结果如预期一致，用户态 POSIX AIO性能与线程数强相关。这说明了业务如果使用了用户态AIO，需要特别关注他的IO线程数量。

| IO模式 | 队列深度 | 线程数 | 性能比例 | 测试命令 |
| --- | --- | --- | --- | ---|
| LIBAIO | 1 | 20 | 100% | fio -name=rand_read-filename=/dev/nvme8n1 -iodepth=1 -ioengine=libaio -direct=1 -bs=128k-size=10g -numjobs=20 -rw=randread -runtime=20 -group_reporting--time_based |
| LIBAIO | 20 | 1 | 100% | fio -name=rand_read-filename=/dev/nvme8n1 -iodepth=20 -ioengine=libaio -direct=1 -bs=128k-size=10g -numjobs=1 -rw=randread -runtime=20 -group_reporting --time_based |
| POSIXAIO | 1 | 20 | 100% | fio -name=rand_read-filename=/dev/nvme8n1 -iodepth=1 -ioengine=posixaio -direct=1 -bs=128k-size=10g -numjobs=20 -rw=randread -runtime=20 -group_reporting--time_based |
| POSIXAIO | 20 | 1 | 45% | fio -name=rand_read-filename=/dev/nvme8n1 -iodepth=20 -ioengine=posixaio -direct=1 -bs=128k-size=10g -numjobs=1 -rw=randread -runtime=20 -group_reporting --time_based |

开源软件trafficserver业务测试

问题背景：业务性能未达到硬盘性能瓶颈，怀疑业务配置有误。

最后在官方文档中查找到了相关资料，发现该软件默认使用的是线程AIO即用户态AIO。业务性能与AIO数量强相关，通过扩大IO线程数量后性能提升36%