Споредба на перформансите на мрежни драјвери во верзии на 10 програмски јазици

Група истражувачи од германски универзитети објавено Наодите експериментација, при што беа развиени 10 верзии на стандарден драјвер за 10-гигабитни Intel Ixgbe (X5xx) мрежни картички на различни програмски јазици. Возачот работи во корисничкиот простор и е имплементиран во C, Rust, Go, C#, Java, OCaml, Haskell, Swift, JavaScript и Python. При пишувањето код, главниот фокус беше на постигнување на најдобри можни перформанси, земајќи ги предвид карактеристиките на секој јазик. Сите опции се идентични по функционалност и се состојат од приближно 1000 линии код. Развој на проектот ширење под лиценцата BSD.

Верзијата Rust на драјверот се покажа дека е многу блиска во перформансите до референтниот двигател на јазикот C. Под оптоварување со истовремено испраќање блокови од 32 пакети, двигателот Rust заостануваше малку, но во тестовите со повеќе од 32 пакети по блок, брзината практично не се разликуваше од двигателот C и покажа перформанси на ниво на обработка на 28 милиони пакети во секунда на сервер со Xeon CPU E3-1230 v2 3.3 GHz.

Следната ниша во однос на перформансите беше окупирана од возачите на јазиците Go и C#, кои покажаа прилично блиски резултати (возачот Go победи на тестови со блокови до 16 пакети и почна да губи малку во тестовите со повеќе од 16 пакети во блок). Со 256 пакети по блок, максималната изведба на двигателот C# беше приближно 28 милиони пакети во секунда, а двигателот Go беше приближно 25 милиони пакети во секунда.

Следни, со прилично блиски резултати, беа возачите за
Java, OCaml и Haskell, кои веќе значително заостанаа зад претходно разгледаните опции и не можеа да ги надминат 12 милиони пакети во секунда бар. Возачите на Swift и JavaScript покажаа уште поголемо задоцнување, бидејќи можеа да обработуваат стримови на ниво од 5 милиони пакети во секунда.

Највисокото рангирање го комплетираше возачот на Python, кој можеше да обработи само 0.14 милиони пакети во секунда. Имплементацијата на Python беше искористена за да се оцени брзината на толкувачите без JIT и без специфични оптимизации (кодот беше извршен со помош на CPython 3.7 и не беше компатибилен со PyPy, но се забележува дека оптимизацијата на структурите за складирање податоци може да ги подобри перформансите за околу 10 пати ).

Дополнително, беа спроведени тестови за латентност за да се покаже ефективноста на тампонирањето и влијанието на собирачот на ѓубре. Тестирањето ја мери доцнењето откако секој пакет беше проследен од возачот во споредба со точното време кога беше испратен. Лидерите сè уште беа двигателите на C и Rust, чии резултати практично не се разликуваа за проток од 1 милион пакети во секунда (приближно 20 µs). Возачот на Go се претстави добро, заостанува само малку зад водечките и исто така остана на ниво од 20 µs. Возачот на C# покажа доцнења од приближно 50 µs.
Најдолгите доцнења ги покажаа JavaScript и Java драјверите (латенции од повеќе од 300 µs).

Студијата беше спроведена за да се процени можноста за развој на драјвери и компоненти на оперативниот систем на јазици на повисоко ниво од C. Во моментов, 39 од 40 проблеми со меморијата во Linux се поврзани со драјвери, така што проблемите со користење на побезбеден јазик и преместување на драјверите надвор од кернелот и во корисничкиот простор остануваат релевантни и производителите веќе активно експериментираат во оваа насока (на пример, Google разви оџак TCP за ОС Обичка на јазик Go, компанија CloudFlare создаден имплементација на протоколот QUIC во Rust, Apple го премести оџакот TCP на мобилните уреди во корисничкиот простор).

Во текот на работата, беше заклучено дека јазикот Rust е најдобриот кандидат за развој на возачот. Способностите на Rust ги елиминираат проблемите поврзани со управувањето со меморијата на ниско ниво по цена од приближно 2% до 10% губење на перформансите во споредба со двигателите C. Go и C# исто така се сметаат за погодни за создавање компоненти на системот во ситуации каде што е прифатливо латентност од под милисекунда предизвикана од собирање ѓубре.

Извор: opennet.ru