Redis性能篇(二)CPU核和NUMA架構的影響


Redis被廣泛使用的一個很重要的原因是它的高性能。因此我們必要要重視所有可能影響Redis性能的因素、機制以及應對方案。影響Redis性能的五大方面的潛在因素,分別是:

這一講,我們來學習一下CPU對Redis的性能影響及應對方法。

主流CPU架構

學習之前,我們先來了解主流CPU架構有哪些,有什么特點,以便我們更好地了解CPU是如何影響Redis的。

CPU多核架構

CPU多核架構

  • 一個CPU處理器中一般有多個運行核心,稱為物理核。
  • 物理核包括私有的一級指令/數據緩存(L1緩存)和二級緩存(L2緩存)。
  • 每個物理核會運行兩個超線程,也叫作邏輯核。同一個物理核的邏輯核會共享使用L1、L2緩存。
  • 不同的物理核共享三級緩存(L3緩存)

多CPU Socket架構

多CPU Socket架構

在多CPU架構上,應用程序可以在不同的處理器上運行。

應用程序在不同的Socket間調度運行時,訪問之前的Socket的內存,這種訪問屬於遠端內存訪問。

和訪問Socket直接連接的內存相比,遠端內存訪問會增加應用程序的延遲。

把這個架構稱為非統一內存訪問架構(Non-Uniform Memory Access,NUMA架構)。

CPU多核對Redis性能的影響

如果在CPU多核場景下,Redis實例被頻繁調度到不同CPU核上運行的話,那么,對Redis實例的請求處理時間影響就更大了。每調度一次,一些請求就會受到運行時信息、指令和數據重新加載過程的影響,這就會導致某些請求的延遲明顯高於其他請求

要避免Redis總是在不同CPU核上來回調度執行。最直接的方法是把Redis實例和CPU核綁定了,讓一個Redis實例固定運行在一個CPU核上。

通過taskset命令進行綁核:

taskset -c 0 ./redis-server

綁核不僅對降低尾延遲有好處,同樣也能降低平均延遲、提升吞吐率,進而提升Redis性能。

CPU的NUMA架構對Redis性能的影響

在實際應用Redis時,有一種做法:為了提升Redis的網絡性能,把操作系統的網絡中斷處理程序和CPU核綁定。

在CPU的NUMA架構下,當網絡中斷處理程序、Redis實例分別和CPU核綁定后,就會有一個潛在的風險:如果網絡中斷處理程序和Redis實例各自所綁的CPU核不在同一個CPU Socket上,那么,Redis實例讀取網絡數據時,就需要跨CPU Socket訪問內存,這個過程會花費較多時間。

image

為了避免Redis跨CPU Socket訪問網絡數據,我們最好把網絡中斷程序和Redis實例綁在同一個CPU Socket上,這樣一來,Redis實例就可以直接從本地內存讀取網絡數據了。

image

CPU的NUMA架構下進行綁定要注意CPU核的編號規則,可以執行lscpu命令來查看核的編號。

lscpu

Architecture: x86_64
...
NUMA node0 CPU(s): 0-5,12-17
NUMA node1 CPU(s): 6-11,18-23
...

 

不過,凡事都有兩面性,綁核也存在一定的風險。接下來就來了解下它的潛在風險點和解決方案。

綁核的風險和解決方案

方案一:一個Redis實例對應綁一個物理核

在給Redis實例綁核時,我們不要把一個實例和一個邏輯核綁定,而要和一個物理核綁定,也就是說,把一個物理核的2個邏輯核都用上。

方案二:優化Redis源碼

通過修改Redis源碼,把子進程和后台線程綁到不同的CPU核上。

參考資料


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