Cloudflare ໄດ້ກະກຽມ patches ທີ່ເລັ່ງການເຂົ້າລະຫັດ disk ໃນ Linux ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ

ນັກພັດທະນາຈາກ Cloudflare ບອກ ເຮັດວຽກເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບການເຂົ້າລະຫັດແຜ່ນໃນ Linux kernel. ດັ່ງນັ້ນ, ພວກເຂົາເຈົ້າໄດ້ກະກຽມ ເພີ້ມ ສໍາລັບລະບົບຍ່ອຍ dm-crypt ແລະ Crypto API, ເຊິ່ງເພີ່ມຂຶ້ນຫຼາຍກວ່າສອງເທົ່າຂອງ passput ສໍາລັບການອ່ານແລະການຂຽນໃນການທົດສອບສັງເຄາະ, ເຊັ່ນດຽວກັນກັບ halving latency. ເມື່ອທົດສອບໃນຮາດແວທີ່ແທ້ຈິງ, ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍເກີນຈາກການເຂົ້າລະຫັດໄດ້ຖືກຫຼຸດລົງເກືອບໃນລະດັບທີ່ສັງເກດເຫັນໃນເວລາທີ່ເຮັດວຽກກັບແຜ່ນໂດຍບໍ່ມີການໃຊ້ການເຂົ້າລະຫັດຂໍ້ມູນ.

Cloudflare ໃຊ້ dm-crypt ເພື່ອເຂົ້າລະຫັດຂໍ້ມູນໃນໄດຣຟ໌ທີ່ໃຊ້ເພື່ອແຄດເນື້ອຫາໃນ CDN. Dm-crypt ເຮັດວຽກຢູ່ໃນລະດັບອຸປະກອນບລັອກແລະເຂົ້າລະຫັດການຮ້ອງຂໍການຂຽນ I/O ແລະຖອດລະຫັດການຮ້ອງຂໍການອ່ານ, ເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນຊັ້ນລະຫວ່າງອຸປະກອນບລັອກແລະໄດເວີລະບົບໄຟລ໌.

ເພື່ອປະເມີນການປະຕິບັດຂອງ dm-crypt ໂດຍໃຊ້ຊຸດ ຕົວທົດສອບ I/O ທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ ຄວາມໄວຂອງການເຮັດວຽກກັບພາທິຊັນທີ່ຖືກເຂົ້າລະຫັດແລະບໍ່ໄດ້ເຂົ້າລະຫັດໃນແຜ່ນ RAM ທີ່ຕັ້ງຢູ່ໃນ RAM ໄດ້ຖືກວັດແທກເພື່ອລົບລ້າງຄວາມຜັນຜວນຂອງການປະຕິບັດຂອງແຜ່ນແລະສຸມໃສ່ການປະຕິບັດລະຫັດ. ສໍາລັບພາທິຊັນທີ່ບໍ່ໄດ້ເຂົ້າລະຫັດ, ການປະຕິບັດການອ່ານແລະຂຽນໄດ້ຖືກເກັບຮັກສາໄວ້ຢູ່ທີ່ 1126 MB / s, ແຕ່ເມື່ອການເຂົ້າລະຫັດຖືກເປີດໃຊ້, ຄວາມໄວຫຼຸດລົງ. ໃນເວລາ 7 ແລະມີຈໍານວນ 147 MB/s.

ໃນເບື້ອງຕົ້ນ, ມີຄວາມສົງໃສໃນການນໍາໃຊ້ algorithms ທີ່ບໍ່ມີປະສິດທິພາບໃນລະບົບ crypto kernel. ແຕ່ການທົດສອບໄດ້ໃຊ້ aes-xts algorithm ທີ່ໄວທີ່ສຸດກັບ 256 ລະຫັດການເຂົ້າລະຫັດ, ການປະຕິບັດໃນເວລາທີ່ແລ່ນ "cryptsetup benchmark" ແມ່ນສູງກວ່າສອງເທົ່າຂອງຜົນໄດ້ຮັບທີ່ໄດ້ຮັບໃນການທົດສອບ RAM disk. ການທົດລອງກັບທຸງ dm-crypt ສໍາລັບການປັບປຸງປະສິດທິພາບບໍ່ໄດ້ໃຫ້ຜົນໄດ້ຮັບໃດໆ: ເມື່ອນໍາໃຊ້ທຸງ "--perf-same_cpu_crypt", ປະສິດທິພາບຫຼຸດລົງເຖິງ 136 MB/s, ແລະໃນເວລາທີ່ທຸງ "--perf-submit_from_crypt_cpus" ແມ່ນ. ລະບຸໄວ້, ມັນເພີ່ມຂຶ້ນພຽງແຕ່ 166 MB/s.

ການວິເຄາະຢ່າງເລິກເຊິ່ງກ່ຽວກັບເຫດຜົນຂອງການເຮັດວຽກໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ dm-crypt ບໍ່ງ່າຍດາຍຄືກັບທີ່ມັນເບິ່ງຄືວ່າ - ເມື່ອການຮ້ອງຂໍການຂຽນໄດ້ຖືກຮັບຈາກໄດເວີ FS, dm-crypt ບໍ່ໄດ້ດໍາເນີນການທັນທີ, ແຕ່ວາງໄວ້ໃນແຖວ "kcryptd" , ເຊິ່ງບໍ່ໄດ້ຖືກ parseed ທັນທີທັນໃດ, ແຕ່ໃນເວລາທີ່ສະດວກປະກົດຂຶ້ນ. ຈາກແຖວ, ຄໍາຮ້ອງຂໍຖືກສົ່ງໄປຫາ Linux Crypto API ເພື່ອປະຕິບັດການເຂົ້າລະຫັດ. ແຕ່ເນື່ອງຈາກ Crypto API ໃຊ້ຮູບແບບການປະຕິບັດແບບ asynchronous, ການເຂົ້າລະຫັດບໍ່ໄດ້ຖືກປະຕິບັດທັນທີ, ແຕ່ຂ້າມແຖວອື່ນ. ຫຼັງຈາກການເຂົ້າລະຫັດສໍາເລັດ, dm-crypt ອາດຈະພະຍາຍາມຈັດຮຽງຄໍາຮ້ອງຂໍການຂຽນທີ່ຍັງຄ້າງໂດຍໃຊ້ຕົ້ນໄມ້ຄົ້ນຫາ ສີແດງ - ດຳ. ໃນທີ່ສຸດ, ກະທູ້ kernel ແຍກຕ່າງຫາກອີກເທື່ອຫນຶ່ງ, ມີຄວາມລ່າຊ້າທີ່ແນ່ນອນ, ເອົາຄໍາຮ້ອງຂໍ I / O ທີ່ສະສົມແລະສົ່ງໄປຫາ stack ອຸປະກອນ block.

ເມື່ອອ່ານຄັ້ງທໍາອິດ, dm-crypt ເພີ່ມຄໍາຮ້ອງຂໍໃຫ້ແຖວ "kcryptd_io" ເພື່ອເອົາຂໍ້ມູນຈາກໄດ. ຫຼັງຈາກເວລາໃດຫນຶ່ງ, ຂໍ້ມູນຈະສາມາດໃຊ້ໄດ້ແລະຖືກຈັດໃສ່ໃນແຖວ "kcryptd" ສໍາລັບການຖອດລະຫັດ.
Kcryptd ສົ່ງຄໍາຮ້ອງຂໍໄປຍັງ Linux Crypto API, ເຊິ່ງຖອດລະຫັດຂໍ້ມູນແບບບໍ່ກົງກັນ. ການຮ້ອງຂໍບໍ່ໄດ້ຜ່ານທຸກຄິວສະເໝີໄປ, ແຕ່ໃນກໍລະນີຮ້າຍແຮງທີ່ສຸດ, ການຮ້ອງຂໍການຂຽນຈະຕົກລົງໃນຄິວເຖິງ 4 ເທື່ອ, ແລະການຮ້ອງຂໍອ່ານເຖິງ 3 ເທື່ອ. ແຕ່ລະ hit ໃນແຖວແນະນໍາການຊັກຊ້າ, ຊຶ່ງເປັນເຫດຜົນສໍາຄັນສໍາລັບການເຊື່ອມໂຊມປະສິດທິພາບທີ່ສໍາຄັນຂອງ dm-crypt.

ການນໍາໃຊ້ຄິວແມ່ນຍ້ອນຄວາມຕ້ອງການທີ່ຈະເຮັດວຽກຢູ່ໃນເງື່ອນໄຂຂອງການຂັດຂວາງ. ໃນປີ 2005, ເມື່ອຮູບແບບ dm-crypt ທີ່ອີງໃສ່ຄິວໃນປະຈຸບັນໄດ້ຖືກປະຕິບັດ, Crypto API ຍັງບໍ່ທັນເປັນ synchronous. ຫຼັງຈາກການໂອນ Crypto API ໄປສູ່ຮູບແບບການປະຕິບັດແບບ asynchronous, ການປົກປ້ອງສອງຢ່າງທີ່ສໍາຄັນໄດ້ເລີ່ມຕົ້ນຖືກນໍາໃຊ້. ຄິວຍັງຖືກນໍາສະເຫນີເພື່ອຊ່ວຍປະຢັດການບໍລິໂພກຂອງເມັດແກ່ນ, ແຕ່ຫຼັງຈາກການເພີ່ມຂຶ້ນໃນປີ 2014, ຂໍ້ມູນການເພີ່ມປະສິດທິພາບສູນເສຍຄວາມກ່ຽວຂ້ອງຂອງມັນ. ຄິວ "kcryptd_io" ເພີ່ມເຕີມໄດ້ຖືກນໍາສະເຫນີເພື່ອເອົາຊະນະຄໍຂວດທີ່ເຮັດໃຫ້ການຈັດສັນຫນ່ວຍຄວາມຈໍາລໍຖ້າເມື່ອມີຈໍານວນຄໍາຮ້ອງຂໍເຂົ້າມາ. ໃນປີ 2015, ໄລຍະການຈັດລຽງໄດ້ຖືກນໍາສະເຫນີເພີ່ມເຕີມ, ນັບຕັ້ງແຕ່ການຮ້ອງຂໍການເຂົ້າລະຫັດໃນລະບົບ multiprocessor ສາມາດສໍາເລັດຕາມລໍາດັບ (ແທນທີ່ຈະເປັນການເຂົ້າເຖິງແຜ່ນຕາມລໍາດັບ, ການເຂົ້າເຖິງໄດ້ຖືກປະຕິບັດໃນລໍາດັບແບບສຸ່ມ, ແລະຕົວກໍານົດເວລາ CFQ ບໍ່ໄດ້ເຮັດວຽກຢ່າງມີປະສິດທິພາບ). ໃນປັດຈຸບັນ, ການຈັດລຽງໄດ້ສູນເສຍຄວາມຫມາຍຂອງມັນກັບ SSDs, ແລະ CFQ ບໍ່ໄດ້ໃຊ້ໃນ kernel ອີກຕໍ່ໄປ.

ເນື່ອງຈາກໄດຣຟ໌ທີ່ທັນສະໄຫມໄດ້ກາຍເປັນໄວແລະສະຫລາດກວ່າ, ລະບົບການຈັດສັນຊັບພະຍາກອນໃນ Linux kernel ໄດ້ຖືກປັບປຸງໃຫມ່ແລະບາງລະບົບຍ່ອຍໄດ້ຖືກອອກແບບໃຫມ່, ວິສະວະກອນ Cloudflare ເພີ່ມ dm-crypt ມີຮູບແບບການເຮັດວຽກໃຫມ່, ບໍ່ເສຍຄ່າຈາກການນໍາໃຊ້ຄິວທີ່ບໍ່ຈໍາເປັນແລະການໂທ asynchronous. ໂຫມດຖືກເປີດໃຊ້ໂດຍທຸງແຍກຕ່າງຫາກ "force_inline" ແລະນໍາເອົາ dm-crypt ໄປສູ່ຮູບແບບຂອງພຣັອກຊີງ່າຍດາຍທີ່ເຂົ້າລະຫັດແລະຖອດລະຫັດຄໍາຮ້ອງຂໍທີ່ເຂົ້າມາ. ການໂຕ້ຕອບກັບ Crypto API ໄດ້ຖືກປັບປຸງໃຫ້ດີທີ່ສຸດໂດຍທາງເລືອກທີ່ຊັດເຈນຂອງລະບົບການເຂົ້າລະຫັດທີ່ເຮັດວຽກຢູ່ໃນໂຫມດ synchronous ແລະບໍ່ໃຊ້ຄິວການຮ້ອງຂໍ. ສໍາລັບການເຮັດວຽກ synchronous ກັບ Crypto API ແມ່ນ ສະເໜີ ໂມດູນທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ທ່ານໃຊ້ FPU / AES-NI ສໍາລັບການເລັ່ງແລະສົ່ງຕໍ່ຄໍາຮ້ອງຂໍການເຂົ້າລະຫັດແລະການຖອດລະຫັດໂດຍກົງ.

ດັ່ງນັ້ນ, ເມື່ອທົດສອບຮາດດິດ RAM, ພວກເຮົາໄດ້ຄຸ້ມຄອງການປະຕິບັດຫຼາຍກວ່າສອງເທົ່າຂອງ dm-crypt - ການປະຕິບັດເພີ່ມຂຶ້ນຈາກ 294 MB / s (2 x 147 MB ​​/ s) ເປັນ 640 MB / s, ເຊິ່ງແມ່ນໃກ້ຊິດ. ກັບການປະຕິບັດການເຂົ້າລະຫັດເປົ່າ (696 MB / s).

ເມື່ອທົດສອບການໂຫຼດໃນເຊີບເວີທີ່ແທ້ຈິງ, ການປະຕິບັດໃຫມ່ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນການປະຕິບັດຢ່າງໃກ້ຊິດກັບການຕັ້ງຄ່າທີ່ເຮັດວຽກໂດຍບໍ່ມີການເຂົ້າລະຫັດ, ແລະການເປີດໃຊ້ການເຂົ້າລະຫັດໃນເຄື່ອງແມ່ຂ່າຍທີ່ມີ Cloudflare cache ບໍ່ໄດ້ສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ຄວາມໄວຕອບສະຫນອງໃນທາງໃດກໍ່ຕາມ. ໃນອະນາຄົດ, Cloudflare ວາງແຜນທີ່ຈະປ່ອຍ patches ທີ່ຖືກກະກຽມເຂົ້າໄປໃນ Linux kernel ຕົ້ນຕໍ, ແຕ່ກ່ອນຫນ້ານັ້ນພວກເຂົາຈະຕ້ອງເຮັດວຽກໃຫມ່, ຍ້ອນວ່າພວກມັນຖືກປັບປຸງໃຫ້ເຫມາະສົມກັບວຽກງານທີ່ແນ່ນອນແລະບໍ່ກວມເອົາທຸກພື້ນທີ່ຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ, ຕົວຢ່າງ, ການເຂົ້າລະຫັດຕ່ໍາ. - ອຸ​ປະ​ກອນ​ຝັງ​ພະ​ລັງ​ງານ​.

ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ: opennet.ru