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【小宅按】2019 年 5 月，华为云公布寰球首个基于自研 ARM 架构的分布式缓存鲲鹏 Redis，搭载华为 LibOS+ 华为编译器 + 平安容器引擎三项黑科技，在保障 Redis 强劲高性能外，还升高客户 30% 的应用老本，真正实现了好用不贵的普惠型分布式缓存 Redis 产品。
本文从技术视角解读华为云鲲鹏 Redis 是如何通过数据中心基础设施、芯片、硬件、软件等全栈翻新优化，达成以上成果。
一、为什么 ARM 架构适宜 Redis？
家喻户晓，Redis 是一款风靡寰球的高性能、高灵活性、数据结构类型丰盛的 key-value 内存数据库，领有毫秒级的响应时延。因而 Redis 对服务器内存、网络带宽时延要求极高, 即：Redis 的高性能是否施展进去取决于服务器内存、网络性能。
2019 年 3 月，Redis 之父 Salvatore Sanfilippo（网名：antirez）就 Redis ARM 架构发展趋势发表观点，他示意把 ARM 作为 Redis 运行架构，并且通过了所有测试与验证、性能稳定性十分好，Antirez 列举了很多测试数据，失去了宽广网友的反对。
因为 Redis 在设计上就采纳单线程架构，所有 IO 和数据处理都是在同一个线程中实现的，所以单节点的 Redis 最多只能应用一颗 CPU 外围，单节点 Redis 的性能根本达到 10 万 QPS 的量级后就没法再向上扩大了。
在事实的业务零碎中，对 Redis 性能往往都要求达到 100 万 QPS 以上，甚至 1000 万以上，这种场景下须要通过 Redis 集群的形式来扩大 Redis 性能，而集群性能的瓶颈成为了 Redis 架构性能优化要害的的因素。
1 Redis Proxy 集群架构性能关键点
Proxy 集群作为业界广为风行的 Redis 集群，其架构如下：
在这个架构中，Redis 集群由负载均衡器、Redis Proxy 和 Redis Server 这三类节点组成。在此 Redis 集群架构中，Proxy 节点和 Redis Server 都能够程度扩大，通过减少节点数量就可一直晋升 Redis 集群的整体性能。依据不同的业务诉求，集群性能可弹性扩大到 100 万至 1000 万 QPS。也正是因为可通过减少节点数来晋升集群整体性能，所以 Redis 单节点虽只用一颗 CPU 外围，CPU 最高主频限度 Redis 单节点性能，但在集群程度扩大模式下 cpu 主频限度曾经不太重要了。
在整个集群架构中，业务零碎收回的 Redis 申请须要通过负载均衡器和 Redis Proxy 的两次转发后，能力达到 Redis Server 被真正解决，端到端的链路性能才是整个集群的最大性能瓶颈。实测后果也表明，Redis 集群的端到端链路时延每缩小 1 毫秒，集群整体性能可晋升 10%+。
2 Redis Cluster 集群架构性能关键点
Cluster 集群作为 Redis 官网规范的集群，逐渐成为客户的集群首选架构，并理论利用到线上业务中。其架构如下：
Cluster 集群相比 Proxy 集群缩小了网络跳数，性能更高、灵活性很强。该架构和 Proxy 集群一样，冲破了 Redis 集群对于 CPU 单核性能的依赖性，而端到端的链路性能才是整个集群的最大性能瓶颈。
从上述架构分析能够理解到，Redis 单核性能的关键在于 CPU 的解决能力，但 Redis 实在在 CPU 中操作的工夫在纳秒级别，不超过端到端时延的 10%，因而 Redis 横向扩大外围靠链路性能优化。
二、华为云鲲鹏 Redis：三项黑科技助力 Redis 性能
1. 华为自研 LibOS 构建高性能云服务基础设施，助力 Redis 性能 2 倍晋升
LibOS 兼顾资源利用率和隔离性，同时满足私有云资源利用率和多租户隔离的诉求，成为私有云 runtime 的重要倒退方向。翻新的 LibOS 技术将 Redis 的软件栈由 10 层压缩到 4 层，实现了超低延时。
1) SOCKET 标准接口，实现从内核态网络栈平滑切换到用户态。
2) 轻量级协定栈，反对每个 Redis 实例有独立的协定栈，防止协定栈共享导致的锁竞争问题。
3) 业务线程和用户态协定栈共线程，零调度开销。
4) 施展网卡极限性能，防止了中断和调度导致时延减少。
2. 华为编译器通过智能动静编译优化，晋升热点代码性能 15+%
华为自研编译器针对私有云业务利用场景特色，通过智能动静编译优化，晋升热点代码性能 15+%：
1) 由部署在云服务环境内的轻量级性能特色采集 Agent，保留程序动静运行时的要害性能特色信息；
2) 通过智能编译调优工具，以动静性能特色作为输出，联合动态代码剖析，产生更优的编译策略；
3) 自研 ARM64 编译器应用新的编译策略从新编译生成优化后的应用程序，热点代码性能晋升显著。
3. 华为 iSula 自研平安容器引擎技术，以更少的系统资源占用，实现秒级实例散发与迁徙
iSulad 是华为自主研发的高性能、低开销的容器引擎，通过镜像下载减速技术和最小化启动调用链条，实现容器的秒级启动和迁徙。配合 LibOS，可实现可媲美虚拟机级别的平安隔离性，确保租户只能应用它们可用的资源。
三、强悍性能撑持客户业务胜利
在某电商大客户中，客户业务数据量大、读写申请量大、峰值显著且扩容频繁、需要变动快等特点，对 Redis 依赖很重、性能要求很高，现网同时保护 200+ 个 Redis 实例，疲于应酬 容量扩容、性能降落、链接无响应、长久化失败等各种现网问题，给研发团队带来微小挑战。
为了应答业务增长带来的大数据并发，解决零碎瓶颈问题，客户决定考查华为云鲲鹏 Redis。在屡次的技术场景交换、PoC 验证后，客户果决决策将自建的 Redis 实例全副迁徙到鲲鹏 Redis 上，次要收益：
1) 性能收益。华为云基于全栈整合之后单实例性能达到 10 万 QPS 以上，Cluster 集群反对性能的线性扩大至千万级别，足够应酬 2019 年的业务增长指标。
2) 价格收益。鲲鹏 Redis 升高客户 30% 应用老本后，在做到等同规格实例比自建 Redis 更省钱的同时，资源使用率晋升了 20%。用花更少的钱，享受更大的容量。
3) 技术收益。鲲鹏 Redis 提供业余的技术支持，具备从硬件链路到软件优化的能力，能够提供更优的零碎级优化计划。
迁徙是有开销的，包含割接的稳定性测试与保障等，都须要人力投入。但客户 CTO 示意，华为云提供了很好的迁徙保障，大大晋升迁徙的效率缩小了对现网业务的影响。相比长期单干所带来的收益，这个开销根本忽略不计。
华为云鲲鹏 Redis，业界首个基于自研 ARM-Based 全栈整合的 Redis 云服务，反对双机热备的 HA 架构，提供单机、主备、Proxy 集群、Cluster 集群实例类型，满足高读写性能场景及弹性变配的业务需要。
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