Aeolia: A Fast and Secure Userspace Interrupt-Based Storage Stack (SOSP 2025)
一句话总结：打破”userspace 必须 polling”的惯性，用 Sapphire Rapids 的 user interrupt 直投中断到用户态、配合 sched_ext 实现协同调度和 intra-process 隔离；Aeolia 总体性能超 Linux 2×，其上的 AeoFS 比 ext4 快 19.1×。
问题
高性能存储栈被迫二选一：userspace + polling（如 SPDK、uFS）吞吐高但无法多任务共享 CPU/磁盘；kernel + interrupt 能共享资源但性能低。作者发现这是两条正交设计轴（userspace vs kernel、polling vs interrupt）被错误耦合。核心观察：
- polling 比 interrupt 的性能优势其实很小——大部分 overhead 来自 kernel 线程调度策略而非中断本身，用 active checking 让 interrupt 性能贴近 polling
- polling 的 CPU 占用严重损害 file system 的多核可扩展性（uFS 的 IPC 仍 400ns）
这让 “userspace + interrupt” 成为设计空间里未被探索的甜点。
核心方法
Aeolia 建立四支柱达成表 1 四属性（高 I/O 性能 + 协同调度 + 保护共享 + 高性能文件系统）：
- User interrupt 直投存储中断：利用 Sapphire Rapids 支持的 user interrupt 硬件特性，把 NVMe 中断绕过 kernel 直接送到用户态 handler，首次把该特性用于存储设备（此前只用于 userspace IPI）
- intra-address-space 隔离：用标准硬件保护机制在同一进程地址空间内划 trusted entity，未授信代码不能破坏文件系统元数据，实现 protected sharing
- sched_ext 协同调度：通过 eBPF-based 的 sched_ext framework 和 kernel 线程调度器共享 eBPF map，桥接 kernel/userspace 语义鸿沟
- AeoFS 库文件系统：基于 Aeolia 构建 POSIX-like library FS，延用 Trio 的 state separation 但把 lazy integrity check 改成 eager check（每次 op 多付 85 cycles 切换到 trusted entity），既易推理又避免数据丢失
总实现 17751 行代码。
关键结果
- Aeolia 的存储栈性能接近 SPDK，超 Linux 2×
- AeoFS 在 LevelDB 上比 ext4/f2fs/uFS 快 2.87–8.19×
- 微基准 4KB read 上 AeoFS 比 ext4 快至多 19.1×
- 首次证明”userspace + interrupt-based”可行且兼顾四属性