ZeroMQ - 性能注意事项

总的来说，性能注意事项与应用程序和云解决方案的成功一样重要。

为了优化 ZeroMQ (ZMQ) 的性能，我们应该牢记几个要点。ZeroMQ 被认为是一个高性能的异步消息传递库，但我们必须同时考虑硬件和软件因素才能最大限度地利用它。

以下是一些影响ZeroMQ 性能的因素：

• 内存使用
• 延迟
• 吞吐量
• 栈

让我们详细讨论以上因素：

内存使用

ZeroMQ 被设计成尽可能轻量级，以便它甚至可以在内存有限的平台上运行。较低的内存占用量对于优化 L1i 缓存的使用也很重要。当代码大小足够小时，处理器可以将整个消息传递代码保存在 L1i 缓存中，并避免缓慢地访问物理内存以获取新的代码部分。

包含实际代码的库部分长度为 80kB，在 Linux 平台上共享库约为 350kB。尽管如此，许多代码都是内联的，因此它们作为内联函数放置在头文件中，而不是库中。

下表显示了 top 实用程序报告的内存使用情况：

延迟

延迟是指原因与其结果之间的时间延迟，通常在通信系统或过程中。在计算和网络的上下文中，延迟衡量数据从一点到另一点传输所需的时间，或系统对操作做出响应所需的时间。

对于 1 字节的消息，我们测量的延迟为 40 微秒，其中网络栈占用 25 微秒，ZeroMQ 占用 15 微秒。使用 TCP 延迟为 15 微秒的 10GbE，我们预计延迟约为 30 微秒。我们还有一种解决方案，可以绕过操作系统内核直接与硬件通信，旨在将延迟降低到 20 微秒以下。

低延迟：如果低延迟非常重要，则应使用 ZMQ_IMMEDIATE 套接字选项来防止任何缓冲。建议使用 in-proc（线程之间的内存内消息传递）或进程间通信套接字而不是 TCP，因为它们成本更低。

吞吐量

吞吐量是指 ZeroMQ 通过网络发送和接收消息的速率。这以每秒消息数 (mps) 或甚至每秒数据量 (mb/s) 来衡量。

吞吐量受以下因素影响，包括消息大小、套接字类型、网络带宽和系统性能。

• 消息大小：较大的消息会降低每秒发送的消息速率，而较小的消息会提高它。
• 套接字类型：套接字类型 push-pull 或 pub-sub 会影响消息的分配方式以及处理速度。
• 批处理：批量发送消息可以减少开销并提高吞吐量。
• 网络带宽：较高的带宽允许更多数据流过，从而提高吞吐量。
• 系统资源：CPU、内存和线程利用率会影响消息的处理效率。

栈

在 ZeroMQ 中，栈是指发送和接收消息所需的软件和组件层。整个栈，包括网络设备、网卡、处理器和操作系统，都会影响结果。它通常由以下部分组成：

应用层

这是应用程序代码使用其 API 与 ZeroMQ 交互的层。我们定义了如何在不同套接字（PUB-SUB、PUSH-PULL 等）之间发送和接收消息。

消息层

此层根据我们选择的套接字模式（例如 REQ-REP、PUB-SUB）管理消息排队、调度和路由。它处理消息缓冲、批处理和流量控制。

传输层

此层根据所选传输协议决定如何传递消息。以下是一些传输协议：

• inproc：它是进程内通信（同一进程内的线程）。
• ipc：它是进程间通信（同一台机器上的进程）。
• tcp：用于通过 TCP 网络进行通信。
• pgm/epgm：它是一种用于广播的多播传输协议。

网络栈

ZeroMQ 使用系统的网络层（如 TCP/IP），它处理诸如数据包传输、TCP 情况下的重传和拥塞控制等低级任务。

硬件

物理硬件（包括网络接口）驱动消息的实际传输和接收。