使用Huagepage和PGO来提升PHP7的执行性能

2020-03-22 20:03:49

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供稿：网友

Hugepage
PHP7刚刚发布了RC4, 包含一些bug修复和一个我们最新的性能提升成果，那就是”HugePageFy PHP TEXT segment”，通过启用这个特性，PHP7会把自身的TEXT段（执行体）”挪“到Huagepage上，之前的测试，我们能稳定的在Wordpress上看到2%~3%的QPS提升。关于Hugepage是啥，简单的说下就是默认的内存是以4KB分页的，而虚拟地址和内存地址是需要转换的，而这个转换是要查表的，CPU为了加速这个查表过程都会内建TLB（Translation Lookaside Buffer），显而易见如果虚拟页越小，表里的条目数也就越多，而TLB大小是有限的，条目数越多TLB的Cache Miss也就会越高，所以如果我们能启用大内存页就能间接降低这个TLB Cache Miss，至于详细的介绍，Google一搜一大堆我就不赘述了，这里主要说明下如何启用这个新特性，从而带来明显的性能提升。新的Kernel启用Hugepage已经变得非常容易了，以我的开发虚拟机为例(Ubuntu Server 14.04，Kernel 3.13.0-45), 如果我们查看内存信息：$ cat /proc/meminfo | grep Huge
可见一个Hugepage的size是2MB, 而当前并没有启用HugePages. 现在让我们先编译PHP RC4, 记得一定不要加： –disable-huge-code-pages （这个新特性是默认启用的，你加了这个就关了）然后配置opcache, 从PHP5.5开始Opcache已经是默认启用编译的，但是是编译动态库的，所以我们还是要在php.ini中配置加载下。zend_extension=opcache.so这个新特性是做在Opcache里的，所以也要通过Opcache启用这个特性（通过设置opcache.huge_code_pages=1），具体的配置：opcache.huge_code_pages=1现在让我们配置OS，分配一些Hugepages：$ sudo sysctl vm.nr_hugepages=128vm.nr_hugepages = 128现在让我们再次检查内存信息:$ cat /proc/meminfo | grep Huge
[01-Oct-2015 09:33:27] NOTICE: [pool www] 'user' directive is ignored when FPM is not running as root[01-Oct-2015 09:33:27] NOTICE: [pool www] 'group' directive is ignored when FPM is not running as root现在，再次检查内存信息:$ cat /proc/meminfo | grep Huge
说到这里，如果Hugepages可用，其实Opcache也会用Hugepages来存储opcodes缓存，所以为了验证opcache.huge_code_pages确实生效，我们不妨关闭opcache.huge_code_pages, 然后再启动一次后看内存信息：$ cat /proc/meminfo | grep Huge
可见开启了huge_code_pages以后， fpm启动后多用了4个pages, 现在我们检查下php-fpm的text大小：$ size /home/huixinchen/local/php7/sbin/php-fpm
text data bss dec hex filename10114565 695200 131528 10941293 a6f36d /home/huixinchen/local/php7/sbin/php-fpm可见text段有10114565个字节大小，总共需要占用4.8个左右的2M的pages，考虑到对齐以后（尾部不足2M Page部分不挪动），申请4个pages，正好和我们看到的相符。说明配置成功！ Enjoy :)但是有言在先，启用此特性以后，会造成一个问题就是你如果尝试通过Perf report/anno 去profiling的时候，会发现符号丢失(valgrind, gdb不受影响), 这个主要原因是Perf的设计采用监听了mmap，然后记录地址范围，做IP到符号的转换，但是目前HugeTLB只支持MAP_ANON，所以导致Perf认为这部分地址没有符号信息，希望以后版本的Kernel可以修复这个限制吧..GCC PGO
PGO正如名字所说(Profile Guided Optimization 有兴趣的可以Google), 他需要用一些用例来获得反馈, 也就是说这个优化是需要和一个特定的场景绑定的.你对一个场景的优化, 也许在另外一个场景就事与愿违了. 它不是一个通用的优化. 所以我们不能简单的就包含这些优化, 也无法直接发布PGO编译后的PHP7.当然, 我们正在尝试从PGO找出一些共性的优化, 然后手工Apply到PHP7上去, 但这个很明显不能做到针对一个场景的特别优化所能达到的效果, 所以我决定写这篇文章简单介绍下怎么使用PGO来编译PHP7, 让你编译的PHP7能特别的让你自己的独立的应用变得更快.首先, 要决定的就是拿什么场景去Feedback GCC, 我们一般都会选择: 在你要优化的场景中: 访问量最大的, 耗时最多的, 资源消耗最重的一个页面.拿Wordpress为例, 我们选择Wordpress的首页(因为首页往往是访问量最大的).我们以我的机器为例: Intel(R) Xeon(R) CPU X5687 @ 3.60GHz X 16(超线程),
48G Memory
php-fpm 采用固定32个worker, opcache采用默认的配置(一定要记得加载opcache)以wordpress 4.1为优化场景..首先我们来测试下目前WP在PHP7的性能(ab -n 10000 -c 100):$ ab -n 10000 -c 100 http://inf-dev-maybach.weibo.com:8000/wordpress/
This is ApacheBench, Version 2.3 $Revision: 655654 $ Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/Licensed to The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/Benchmarking inf-dev-maybach.weibo.com (be patient)Completed 1000 requestsCompleted 2000 requestsCompleted 3000 requestsCompleted 4000 requestsCompleted 5000 requestsCompleted 6000 requestsCompleted 7000 requestsCompleted 8000 requestsCompleted 9000 requestsCompleted 10000 requestsFinished 10000 requestsServer Software: nginx/1.7.12Server Hostname: inf-dev-maybach.weibo.comServer Port: 8000Document Path: /wordpress/Document Length: 9048 bytesConcurrency Level: 100Time taken for tests: 8.957 secondsComplete requests: 10000Failed requests: 0Write errors: 0Total transferred: 92860000 bytesHTML transferred: 90480000 bytesRequests per second: 1116.48 [#/sec] (mean)Time per request: 89.567 [ms] (mean)Time per request: 0.896 [ms] (mean, across all conhtml' target='_blank'>current requests)Transfer rate: 10124.65 [Kbytes/sec] received可见Wordpress 4.1 目前在这个机器上, 首页的QPS可以到1116.48. 也就是每秒钟可以处理这么多个对首页的请求,现在, 让我们开始教GCC, 让他编译出跑Wordpress4.1更快的PHP7来, 首先要求GCC 4.0以上的版本, 不过我建议大家使用GCC-4.8以上的版本(现在都GCC-5.1了).第一步, 自然是下载PHP7的源代码了, 然后做./configure. 这些都没什么区别接下来就是有区别的地方了, 我们要首先第一遍编译PHP7, 让它生成会产生profile数据的可执行文件:$ make prof-gen注意, 我们用到了prof-gen参数(这个是PHP7的Makefile特有的, 不要尝试在其他项目上也这么搞哈 :) )然后, 让我们开始训练GCC:$ sapi/cgi/php-cgi -T 100 /home/huixinchen/local/www/htdocs/wordpress/index.php /dev/null也就是让php-cgi跑100遍wordpress的首页, 从而生成一些在这个过程中的profile信息.然后, 我们开始第二次编译PHP7.$ make prof-clean$ make prof-use && make install好的, 就这么简单, PGO编译完成了, 现在我们看看PGO编译以后的PHP7的性能:$ ab -n10000 -c 100 http://inf-dev-maybach.weibo.com:8000/wordpress/
This is ApacheBench, Version 2.3 $Revision: 655654 $ Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/Licensed to The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/Benchmarking inf-dev-maybach.weibo.com (be patient)Completed 1000 requestsCompleted 2000 requestsCompleted 3000 requestsCompleted 4000 requestsCompleted 5000 requestsCompleted 6000 requestsCompleted 7000 requestsCompleted 8000 requestsCompleted 9000 requestsCompleted 10000 requestsFinished 10000 requestsServer Software: nginx/1.7.12Server Hostname: inf-dev-maybach.weibo.comServer Port: 8000Document Path: /wordpress/Document Length: 9048 bytesConcurrency Level: 100Time taken for tests: 8.391 secondsComplete requests: 10000Failed requests: 0Write errors: 0Total transferred: 92860000 bytesHTML transferred: 90480000 bytesRequests per second: 1191.78 [#/sec] (mean)Time per request: 83.908 [ms] (mean)Time per request: 0.839 [ms] (mean, across all concurrent requests)Transfer rate: 10807.45 [Kbytes/sec] received现在每秒钟可以处理1191.78个QPS了, 提升是~7%. 还不赖哈(咦, 你不是说10%么怎么成7%了呵呵, 正如我之前说过, 我们尝试分析PGO都做了些什么优化, 然后把一些通用的优化手工Apply到PHP7中. 所以也就是说, 那~3%的比较通用的优化已经包含到了PHP7里面了, 当然这个工作还在继续).于是就这么简单, 大家可以用自己的产品的经典场景来训练GCC, 简单几步, 获得提升, 何乐而不为呢PHP教程

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