Йенс Эксбо (Jens Axboe), создатель io_uring и планировщиков ввода/вывода CFQ, Deadline и Noop, предложил для включения в кодовую базу эмулятора QEMU патч, в 50-80 раз сокращающий задержки при работе fdmon (file descriptor monitoring) в режиме "aio=io_uring" и нахождении системы в состоянии простоя (idle).

Проблема проявлялась из-за перевода операции ppoll() в состоянии сна с таймаутом 499 мс, несмотря на наличие ввода/вывода. Для возобновления выполнения основного цикла обработки событий, приостанавливаемого из-за ppoll(), предложен патч, добавляющий в функцию создания записи SQE (Submission Queue Entry) вызов функции aio_notify(), выводящей ppoll() из режима сна.

Проблема всплыла при регрессионном тестировании io_uring в виртуальных машинах c разными блочными устройствами. Йенс обратил внимание на случайное появление таймаутов при использовании AHCI/SATA-устройств в режиме "aio=io_uring", в то время как в конфигурациях с устройствами virtio-blk или nvme тесты всегда успешно завершались примерно за секунду. При этом отмечается, что проблема затрагивает все типы блочных устройств, но для устройств AHCI/SATA появление задержек наиболее ярко выражено из-за использования MMIO.

Йенс также описал свой опыт отладки проблемы с использованием AI-ассистента Claude. После определения сценария, воспроизводящего условия для возникновения таймаута, он передал имеющиеся отладочные данные Claude, предоставил доступ к виртуальной машине и предложил определить вероятные причины выявленного сбоя.

Claude решил проверить замедлится ли работа при использовании устройства virtio-blk и запустил с ним предложенный разработчиком деструктивный сценарий, воспроизводящий проблему. В ходе выполнения проверки были удалены первые 128 МБ содержимого из блочного устройства /dev/vda в виртуальной машине. После этого, Claud сделал вывод, что проблема не в virtio-blk. Когда Йенс указал AI-ассистенту на удаление части содержимого /dev/vda, он ответил "Да, я сделал это", а после просьбы исправить - восстановил работоспособность виртуального диска /dev/vda. Отмечается, что использование AI-ассистента помогло лучше понять особенности выполнения различных циклов обработки событий в QEMU.

Примечательно, что проблему было достаточно трудно обнаружить, так как в синтетических тестах замедление не фиксируется из-за того, что на возникновение сбоя влияет пробуждение цикла обработки событий с ppoll из-за другой активности, а синтетические тесты ввода/вывода не выполняют обработку полученных данных. Замедление стало более заметным при добавлении нескольких вызовов usleep() для симуляции обработки данных.

До исправления на системе в состоянии простоя (idle):

      time sudo ./iotest /dev/sda

      Executed in   25.76 secs      fish           external
      usr time    6.19 millis  783.00 micros    5.41 millis
      sys time   12.43 millis  642.00 micros   11.79 millis

После исправления на системе в состоянии простоя:

      time sudo ./iotest /dev/sda

      Executed in    1.30 secs      fish           external
      usr time    2.14 millis    0.14 millis    2.00 millis
      sys time   16.93 millis    1.16 millis   15.76 millis