10개 프로그래밍 언어 버전의 네트워크 드라이버 성능 비교

독일 대학의 연구자 그룹 опубликовала 연구 결과 실험, 그 동안 10기가비트 Intel Ixgbe(X10xx) 네트워크 카드용 표준 드라이버의 5개 버전이 다양한 프로그래밍 언어로 개발되었습니다. 드라이버는 사용자 공간에서 실행되며 C, Rust, Go, C#, Java, OCaml, Haskell, Swift, JavaScript 및 Python으로 구현됩니다. 코드를 작성할 때 각 언어의 특성을 고려하여 최상의 성능을 달성하는 데 중점을 두었습니다. 모든 옵션은 기능면에서 동일하며 약 1000줄의 코드로 구성됩니다. 프로젝트 개발 확산 BSD 라이센스에 따라.

Rust 버전의 드라이버는 C 언어의 참조 드라이버와 성능이 매우 유사한 것으로 나타났습니다. 32개의 패킷을 동시에 블록으로 보내는 부하에서는 Rust 드라이버가 약간 뒤처졌지만, 블록당 32개 이상의 패킷을 테스트한 결과 속도는 C 드라이버와 거의 차이가 없었고 28만 처리 수준의 성능을 보여주었습니다. Xeon CPU E3-1230 v2 3.3GHz를 사용하는 서버의 초당 패킷 수입니다.

성능 측면에서 다음 틈새 시장은 Go 및 C# 언어의 드라이버가 차지했는데, 이는 상당히 유사한 결과를 보여주었습니다(Go 드라이버는 최대 16개 패킷 블록 테스트에서 이겼고 16개 이상의 패킷 테스트에서는 약간 지기 시작했습니다). 블록에서). 블록당 256개의 패킷을 사용하는 경우 C# 드라이버의 최대 성능은 초당 약 28만 패킷이었고 Go 드라이버는 초당 약 25만 패킷이었습니다.

다음으로 상당히 가까운 결과를 얻은 드라이버는 다음과 같습니다.
Java, OCaml 및 Haskell은 이전에 고려한 옵션보다 이미 눈에 띄게 뒤쳐져 있으며 초당 12만 패킷을 극복하지 못했습니다. Swift 및 JavaScript 드라이버는 초당 5만 패킷 수준의 스트림을 처리할 수 있어 훨씬 더 큰 지연을 보여주었습니다.

0.14위는 초당 3.7만 개의 패킷만 처리할 수 있는 Python 드라이버가 차지했습니다. Python 구현은 JIT 및 특정 최적화 없이 인터프리터의 속도를 평가하는 데 사용되었습니다(코드는 CPython 10을 사용하여 실행되었으며 PyPy와 호환되지 않았지만 데이터 저장 구조의 최적화는 성능을 약 XNUMX배 향상시킬 수 있다는 점에 주목) ).

또한 버퍼링의 효율성과 가비지 수집기의 영향을 보여주기 위해 대기 시간 테스트가 수행되었습니다. 테스트에서는 드라이버가 각 패킷을 전달한 후의 대기 시간을 해당 패킷이 전송된 정확한 시간과 비교하여 측정했습니다. 리더는 여전히 C 및 Rust 드라이버였으며 그 결과는 초당 1만 패킷(약 20 µs)의 흐름에 대해 실질적으로 구별할 수 없었습니다. Go 드라이버는 좋은 성능을 발휘하여 리더보다 약간 뒤처졌으며 20μs 수준을 유지했습니다. C# 드라이버는 약 50μs의 지연을 보여주었습니다.
가장 긴 지연 시간은 JavaScript 및 Java 드라이버에서 나타났습니다(300μs 이상의 지연 시간).

이번 연구는 C보다 상위 언어로 드라이버와 운영체제 구성요소를 개발할 수 있는 가능성을 평가하기 위해 진행됐다. 현재 Linux의 메모리 문제 39개 중 40개는 드라이버와 관련되어 있으므로 보다 안전한 언어를 사용하고 드라이버를 커널에서 사용자 공간으로 이동하는 문제는 관련성을 유지하다 제조업체는 이미 이 방향으로 적극적으로 실험하고 있습니다. 예를 들어 Google은 OS용 TCP 스택을 개발했습니다. 푹샤 Go 언어로 CloudFlare 회사 만들어진 Rust에서 QUIC 프로토콜을 구현하면서 Apple은 모바일 장치의 TCP 스택을 사용자 공간으로 옮겼습니다.

작업 과정에서 Rust 언어가 드라이버 개발에 가장 적합한 언어라는 결론이 나왔습니다. Rust의 기능은 C 드라이버에 비해 약 2%~10%의 성능 손실을 감수하면서도 낮은 수준의 메모리 관리와 관련된 문제를 제거합니다. Go와 C#은 가비지 수집으로 인한 밀리초 미만의 대기 시간이 허용되는 상황에서 시스템 구성 요소를 생성하는 데에도 적합한 것으로 간주됩니다.

출처 : opennet.ru