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InnoDB Linux 原生 AIO 完成路径在持有数组互斥锁的状态下做页解密/解压,导致所有 I/O 线程串行化

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主要言語
C++
スター
337
フォーク
234
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説明

问题描述

TXSQL 基于 MySQL 8.0.30。InnoDB Linux 原生 AIO 的完成处理路径中,
LinuxAIOHandler::find_completed_slot()(storage/innobase/os/os0file.cc,约 L2265)
在持有 AIO 数组互斥锁(m_array->m_mutex)的状态下返回已完成的槽位(原注释
"Note: We don't release the mutex."),随后整条完成处理链——
check_state()AIOHandler::post_io_processing()io_complete()
对加密/压缩表空间调用 Encryption 的整页解密/解压——都在该锁内执行。

这把锁同时被所有 I/O 提交方使用(AIO::reserve_slot() 申请槽位也要拿它),
因此:同一时刻全库只有一个线程能处理完成请求,所有 IO handler 线程、以及
前台提交读/写请求的线程,全部在这把锁后面排队。整个数据库的 I/O 完成吞吐
被钉死在“1 ÷ 单页处理时间”,与 handler 线程数无关。

为什么上游从未暴露

AES-NI 硬件加速下解密一个 16KB 页约 16 微秒,锁内处理时间极短,影响不可见。
但对 TDE 使用较慢的软件密码实现(约 40+ 微秒/页)时,后果是全局性的:
读完成串行化把聚合读吞吐压到约 40 MB/s 量级,且页清洗(写盘提交)也会在
读完成的解密后面排队。

实测数据(同一份代码系,冷全表扫描负载:16 表 × 50 万行,buffer pool 128M,内存盘)

场景 8 线程 修复前 8 线程 修复后 提升
不加密 1.488 GB/s 1.490 GB/s 1.00x(对照组,不受影响)
TDE AES-NI 0.491 GB/s 1.450 GB/s 2.95x
TDE 软件 SM4 0.038 GB/s 1.180 GB/s 31.0x

单线程下 TDE 慢算法同样有 ~10 倍提升(前台提交请求也要抢这把锁,修复前
后台在锁内解密多久、前台就等多久)。

修复思路

采用“认领协议”把处理移出锁外:

  1. find_completed_slot() 扫描到完成槽位时,在锁内
    slot->io_already_done 置为 false 完成认领,然后放锁再返回
  2. 内核事件已由 collect() 收割,槽位不会被再次标记,其他 handler 线程
    扫描到 false 会跳过——处理依然严格“恰好一次”;
  3. 调用方此后独占该槽位,完成处理(含页解密)在无锁状态执行;
  4. poll() 仅在短读重提交(resubmit() 前后)和归还槽位
    AIO::release(slot) 前)重新拿锁。

这与仓库既有模式一致:写路径的页压缩与加密本来就在数组锁外执行
AIO::reserve_slot() 显式放锁后加密),模拟 AIO 引擎的完成处理也不用这把锁,
本次修改只是让 Linux 原生 AIO 的读完成路径对齐同样的模式。

正确性验证(已在同源 8.0 代码上完成)

  • 新旧二进制读同一张加密表,全表 CRC32 校验值完全一致;
  • MTR encryption 套件在 debug 构建上全部通过(15/15);
  • 不加密场景吞吐分毫未变(1.00x),证明提升仅来自锁释放;
  • 已完成 TXSQL 8.0.30 分支的移植与 make innobase 编译验证。

稍后提交 PR,本 issue 作为关联说明。

コントリビューションガイド

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はじめの一歩

  1. issue を最後まで読み、次にプロジェクトのコントリビューションガイドを読みます。
  2. 着手することを issue にコメントします — 二人が同じ作業をするのを防げます。
  3. リポジトリをフォークし、ブランチを切って変更します。
  4. issue 番号を参照したプルリクエストを送ります。

調査の方向性

storage/innobase/os/os0file.cc の LinuxAIOHandler::find_completed_slot() から開始し、check_state()、AIOHandler::post_io_processing()、io_complete() の順に追ってください。既存の AIO スロットロックのパターンを確認し、その後 debug MTR encryption suite を実行して make innobase を実行してください。完了処理が array mutex の下でページの復号または解凍をシリアライズせず、exactly-once 処理を維持できれば完了です。

索引モデルが issue の本文から書いたものです。

評価

技術スタック
cpp
領域
cryptography, databases, performance
issue の種類
バグ
難易度
4/5
見積もり時間
3〜5日
活発さ
活発
明瞭さ
明確に書かれている
初心者へのやさしさ
32/100

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