ქსელის დრაივერის მუშაობის შედარება ვერსიებში პროგრამირების 10 ენაზე

გერმანიის უნივერსიტეტების მკვლევართა ჯგუფი опубликовала დასკვნები ექსპერიმენტი, რომლის დროსაც შეიქმნა სტანდარტული დრაივერის 10 ვერსია 10 გიგაბიტიანი Intel Ixgbe (X5xx) ქსელის ბარათებისთვის სხვადასხვა პროგრამირების ენაზე. დრაივერი მუშაობს მომხმარებლის სივრცეში და დანერგილია C, Rust, Go, C#, Java, OCaml, Haskell, Swift, JavaScript და Python-ში. კოდის დაწერისას ძირითადი აქცენტი კეთდებოდა საუკეთესო შესრულების მიღწევაზე, თითოეული ენის მახასიათებლების გათვალისწინებით. ყველა ვარიანტი იდენტურია ფუნქციონალურობით და შედგება კოდის დაახლოებით 1000 ხაზისგან. პროექტის განვითარება გავრცელება BSD ლიცენზიით.

დრაივერის Rust ვერსია აღმოჩნდა, რომ შესრულებით ძალიან ახლოს იყო საცნობარო დრაივერთან C ენაზე. 32 პაკეტის ბლოკის ერთდროული გაგზავნით დატვირთვის ქვეშ, Rust დრაივერი ოდნავ ჩამორჩებოდა, მაგრამ ტესტებში 32 პაკეტზე მეტი ბლოკზე, სიჩქარე პრაქტიკულად არ განსხვავდებოდა C დრაივერისგან და აჩვენა შესრულება 28 მილიონის დამუშავების დონეზე. პაკეტები წამში სერვერზე Xeon CPU E3-1230 v2 3.3 GHz.

შესრულების თვალსაზრისით შემდეგი ნიშა დაიკავეს დრაივერებმა Go და C# ენებზე, რომლებმაც საკმაოდ მჭიდრო შედეგები აჩვენეს (Go დრაივერმა გაიმარჯვა ტესტებში 16-მდე პაკეტის ბლოკით და დაიწყო ოდნავ წაგება ტესტებში 16-ზე მეტი პაკეტით. ბლოკში). ბლოკში 256 პაკეტით, C# დრაივერის მაქსიმალური შესრულება იყო დაახლოებით 28 მილიონი პაკეტი წამში, ხოლო Go მძღოლი იყო დაახლოებით 25 მილიონი პაკეტი წამში.

შემდეგი, საკმაოდ ახლო შედეგებით, იყვნენ მძღოლები
Java, OCaml და Haskell, რომლებიც უკვე შესამჩნევად ჩამორჩებოდნენ ადრე განხილულ ვარიანტებს და ვერ გადალახეს 12 მილიონი პაკეტი წამში ბარი. Swift-ისა და JavaScript-ის დრაივერებმა აჩვენეს კიდევ უფრო დიდი შეფერხება, მათ შეეძლოთ ნაკადების დამუშავება წამში 5 მილიონი პაკეტის დონეზე.

რეიტინგი პითონის მძღოლმა დაასრულა, რომელმაც წამში მხოლოდ 0.14 მილიონი პაკეტის დამუშავება შეძლო. Python-ის იმპლემენტაცია გამოიყენებოდა თარჯიმნების სიჩქარის შესაფასებლად JIT-ის გარეშე და კონკრეტული ოპტიმიზაციის გარეშე (კოდი შესრულდა CPython 3.7-ის გამოყენებით და არ იყო თავსებადი PyPy-თან, მაგრამ აღნიშნულია, რომ მონაცემთა შენახვის სტრუქტურების ოპტიმიზაციამ შეიძლება გააუმჯობესოს შესრულება დაახლოებით 10-ჯერ. ).

გარდა ამისა, ჩატარდა შეყოვნების ტესტები, რათა ეჩვენებინათ ბუფერირების ეფექტურობა და ნაგვის შემგროვებლის გავლენა. ტესტირებამ გაზომა შეყოვნება მძღოლის მიერ თითოეული პაკეტის გაგზავნის შემდეგ, მისი გაგზავნის ზუსტ დროსთან შედარებით. ლიდერები კვლავ C და Rust-ის დრაივერები იყვნენ, რომელთა შედეგები პრაქტიკულად არ განსხვავდებოდა წამში 1 მილიონი პაკეტის ნაკადისთვის (დაახლოებით 20 μs). Go-ს მძღოლმა კარგად ითამაშა, მხოლოდ ოდნავ ჩამორჩა ლიდერებს და ასევე დარჩა 20 µs დონეზე. C# დრაივერმა აჩვენა შეფერხებები დაახლოებით 50 μs.
ყველაზე გრძელი შეფერხებები ნაჩვენები იყო JavaScript-ისა და Java დრაივერებით (300 µs-ზე მეტი შეყოვნება).

კვლევა ჩატარდა დრაივერების და ოპერაციული სისტემის კომპონენტების განვითარების შესაძლებლობის შესაფასებლად უფრო მაღალ დონეზე, ვიდრე C-ზე. ამჟამად Linux-ში მეხსიერების 39 პრობლემადან 40 დაკავშირებულია დრაივერებთან, ამიტომ უფრო უსაფრთხო ენის გამოყენებისა და დრაივერების ბირთვიდან და მომხმარებლის სივრცეში გადატანის საკითხები. რჩება აქტუალური და მწარმოებლები უკვე აქტიურად ატარებენ ექსპერიმენტებს ამ მიმართულებით (მაგალითად, Google-მა შეიმუშავა TCP სტეკი OS-ისთვის Fuchsia Go ენაზე, კომპანია CloudFlare შექმნილია Rust-ში QUIC პროტოკოლის დანერგვამ, Apple-მა გადაიტანა მობილური მოწყობილობების TCP სტეკი მომხმარებლის სივრცეში).

სამუშაოს მსვლელობისას დაასკვნეს, რომ Rust ენა არის საუკეთესო კანდიდატი მძღოლის განვითარებისთვის. Rust-ის შესაძლებლობები აღმოფხვრის მეხსიერების დაბალი დონის მართვასთან დაკავშირებულ პრობლემებს C დრაივერებთან შედარებით მუშაობის დაახლოებით 2%-დან 10%-მდე დაკარგვის ფასად. Go და C# ასევე მიჩნეულია შესაფერისად სისტემის კომპონენტების შესაქმნელად იმ სიტუაციებში, სადაც მისაღებია ნაგვის შეგროვებით გამოწვეული ქვემილიწამიანი შეყოვნება.

წყარო: opennet.ru