异数OS 织梦师-水母(一)–消息队列篇


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织梦师-水母 消息队列简介


这是一个使用异数OS技术实做的轻量级的消息中间件,和他的名字一样,重在表演,他不是一个功能复杂齐全的消息队列,使用者需要根据自己需求按照水母的原理去制作自己的超级武器,整个框架,协议,测试等代码算下来仅仅1000行,但已经是一个比较完整可用的消息队列了(topic没做,由nameserver去做吧),持久化方便测试使用虚完成,下一阶段会接入织梦师-水桶 RAM网盘存储方案,由于性能足够,单Broker相当于10-100台传统的消息队列,所以也不需要特意去制作集群方案,简单即优美,简单即可用,织梦师-水母作为异数OS的example放在git test目录下

与众不同的特性


1.生产者惰性QOS控制,在开启该特性后,生产者线程在队列满载后会被阻塞挂起,在队列可用时恢复并尝试重新入队,此特性在队列压力较大时可大大降低错误重试的网络IO需求,大大增加队列高负载时的可用性

2.低延迟低队列深度可用,织梦师-水母的延迟极低,内网生产者入队仅需10us延迟(82599),队列无压力时到消费者延迟20us,因此只要消费者满足需要,一般队列深度128即可稳定工作(异数OS系产品本身并不需要消息队列做削峰填谷,这是给老旧落后的产品做的

3.海量生产者特性,每Broker最大可接入1000W链接生产者(阻塞IO线程),因此有望直接在公网接受用户生产者检验,而不需要系统前端加LVS或者Nginx分流出多生产者。

4.高性能的消息队列,dpdk 82599双口 单CPU核环境,128生产者下,非批量消息,最大入队峰值4M每秒,到消费者最大2M峰值,批量则再根据批量规模和带宽来计算放大倍率,1200W链接最大160W消息入队,到消费者最大80W,后面会支持RSS 单Broker多队列聚合,成倍扩充单broker性能。

架构说明


织梦师-水母使用阻塞线程模型,因此相比异步IO的架构,结构非常简单轻量稳定可靠,代码和框架是对生产者,消费者模型的高度对应,你看到的框架图就是代码。

测试说明


CPU1 作为日志监控核,CPU3作为经纪人Broker,CPU5创建生产者消费者,成绩为10字节10个消息批量模式,批量仅供参考。

日志中参数可自己查阅git中代码做分析参考。

测试成绩


异数OS虚拟交换机下,128生产者,128消费者

异数OS虚拟交换机下,600W生产者,128消费者

异数OS DPDK双口交换,128生产者,128消费者

异数OS DPDK双口交换,600W生产者,128消费者

相关产品性能对比


以下成绩都是1 Borker下得到的性能,其他产品数据来自网络的大概参考数据。

非批量消息模式

测试特性 异数OS虚拟交换机128生产者 异数OS虚拟交换机600W生产者 异数OS-DPDK 128生产者 异数OS-DPDK 600W生产者 kafka RocketMQ
仅入队性能 4M 2M 3.3M 160W 12w 12w
入队出队性能 2M 1M 1.6M 80W 6w 6w
仅入队延迟 <1us <1us 10us 10us 10ms 10ms
入队到出队延迟 <1us <1us 20us 20us 10ms 10ms

批量消息模式

10字节消息批量入队出队,织梦师-水母测试用批量规模为10个消息批量

测试特性 异数OS虚拟交换机128生产者 异数OS虚拟交换机600W生产者 异数OS-DPDK 128生产者 异数OS-DPDK 600W生产者 kafka RocketMQ
仅入队性能 40M 20M 33M 1600W 200w 12w(不支持批量)
入队出队性能 20M 10M 16M 800W 100w 6w
仅入队延迟 <1us <1us 10us 10us 10ms 10ms
入队到出队延迟 <1us <1us 20us 20us 10ms 10ms

研发吐槽

RSS方案已经可以正常使用,双核ECHO 8M IO的样子,DPDK在异数OS负优化下,在海量链接环境中,终于不丢包,但代价是惨烈的,相对netmap方案,性能损失30%,实践推测这是由于DPDK polling在需要访存延迟较高的情况下,网卡无法利用mbuf进行数据传输,因此你开再多的mbuf都不济于事,而netmap由于使用驱动的硬件中断,因此即便不polling,网卡中断也能完成和netmap ring的数据传输,所以netmap的polling实际上反而更高效,有削峰填谷作用,为了拯救DPDK polling导致的网卡饥饿,异数OS做了更加细粒度的任务调度,并为DPDK网卡驱动做了ns精度级别的任务调度,动态控制DPDK tx发包规模,从而实现了600W(1200W)链接的0丢包。

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