对POSIX和SystemV消息队列优化：用户态消息队列

在文章《Linux C语言在用户态实现一个低时延通知（eventfd）+轮询（无锁队列ring）机制的消息队列》中介绍了用户态低时延消息队列的实现，下面我们简单介绍优化步骤。

源码链接：https://github.com/Rtoax/test/tree/master/ipc/fastq

消息队列对软件系统来说至关重要，其是解决线程间异步通信的基石，通常操作系统为我们提供两种消息队列：POSIX和SystemV，这两种消息队列均通过系统调用申请系统资源、进行入队和出队操作，相较于内核态消息队列，实现用户态的消息队列可以减小或消除系统调用、用户态到内核态的数据拷贝等开销，可提高消息队列性能降低时延。

单纯的从用户态消息队列的角度看，除了能够消除频发收发的系统调用中断，对与buffer与队列之间的数据拷贝以及队列的同步锁问题好像不能得到解决，如下图：

从上图看，单纯的将消息队列从内核态提升至用户态，不会对消息队列本身有太大的优化，那么如何解决上述问题呢？首先是数据拷贝问题。

数据拷贝问题以及解决包括以下几点：

数据量（包大小），也就是发送的每个数据包的大小，显然逃不出memcpy操作，之类可以通过使用Intel提供的SIMD指令集对数据拷贝进行并行化加速，但是也只能从单条指令拷贝一字节最多转化为256bit(视SIMD指令宽度而定)，而不能满足对消息队列的需求（注：协议组现在的实现已经是发送消息内存地址）；如何解决呢？一种方法时增加拷贝本身的速率，这在本自然段中已经进行讨论，第二种方法时，可以尽量减小需要拷贝的数据大小，比如说传递内存地址(64位系统8字节)大小的消息体；

在解决了数据拷贝问题后，整体架构如下：

解决了入队出队数据拷贝的问题后，接下来比较关键的地方在于队列如何选取以及如何解决临界区互斥问题。在附录无锁化一节和环形队列一节给出了解决方案（详情原理请参见附录），那么上图的结构可以进一步优化成下图架构：

综上，为了解决现存消息队列的问题，分别对队列节点内容、无锁化、队列形式进行了综合优化。对于VOS内部的V1版本消息队列，是建立在POSIX消息队列基础上维护模块化数据结构进行消息的发送和接收，如下图：

VOS V2虽然对V1进行了改进，将队列上浮到用户态实现，但是通过测试结果的对比，性能并没有得到提升，可能的原因有很多，例如队列的选取，基于睡眠的信号量使用等。

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