维度网讯，字节跳动（ByteDance）工程师冯楠·常（Fengnan Chang）为Linux内核设计了一种简化直接I/O处理路径的算法，以解决PCIe Gen5 NVMe固态硬盘在4KB随机读取场景下的性能瓶颈。该补丁已合并至VFS子系统的Git仓库，预计随Linux 7.3版本于今年年底正式发布。

在PCIe Gen5 NVMe SSD上执行4KB随机读取时，工程师发现吞吐量受限的根因在于操作系统层。Linux内核在处理每个小块请求时消耗了过多CPU资源，其中IOmap子系统的开销尤为突出。IOmap负责在直接I/O时将文件逻辑地址映射到磁盘物理块，但为辅助结构分配内存及维护复杂状态机占用了大量计算资源，成为制约大吞吐量性能的主要瓶颈。

冯楠·常设计的简化直接I/O路径（simple dio path）通过去除资源密集型操作来降低延迟。该机制要求请求同时满足四个条件：操作类型仅为读取；读取数据量不超过文件系统块大小（通常为4KB）；目标文件未加密；文件系统为EXT4或XFS。符合条件的请求将绕过IOmap子系统的状态机和动态内存分配阶段，经由最短路径直接发往Linux内核I/O栈的底层。

结合io_uring子系统进行的测试显示，在EXT4和XFS上执行4KB随机读取时，性能从192万IOPS提升至219万IOPS，提升幅度约14%。当前，这一被称为“IOmap Simple DIO”的补丁已通过审查并合并至VFS子系统的Git仓库的vfs-7.3.iomap分支中。代码将提交给莱纳斯·托瓦兹（Linus Torvalds）的主线分支，纳入Linux 7.3合并窗口。