[[358893]]

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「編程珠璣」，作者守望先生。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系編程珠璣公眾號。  

性能優(yōu)化是一個(gè)常有的事情，通常來說

• 不要過早優(yōu)化-當(dāng)你沒有性能問題時(shí)，不需要過早考慮優(yōu)化，當(dāng)然對于一些代價(jià)很小，收益卻很大的手段可以考慮做進(jìn)來，例如最常見的就是根據(jù)業(yè)務(wù)需求選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
• 不要過度優(yōu)化。優(yōu)化都是有目標(biāo)的，比如你需要達(dá)到多少TPS，那么你按照這個(gè)目標(biāo)去優(yōu)化即可，有些優(yōu)化雖然能否提升性能，但可能對代碼的可維護(hù)性造成破壞。

本人對此沒有過多涉獵，僅分享工作中接觸到的一些內(nèi)存。

內(nèi)存性能問題

有很多方面會造成性能問題，例如：

• 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致很多沒有必要的計(jì)算
• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇不合適
• 緩存使用不當(dāng)

示例

假設(shè)你已經(jīng)通過《perf:一個(gè)命令發(fā)現(xiàn)性能問題》中的方法或者使用profiler分析，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)內(nèi)存分配是性能瓶頸：

// 來源：公眾號【編程珠璣】 
// 作者：守望先生 
// malloc.cc 
#include <thread> 
#include <vector> 
#include <stdlib.h> 
#include <string.h> 
void GetMemory(){ 
  for(int i = 0;i < 100000000; i++){ 
    void *p = malloc(1024); 
    if(NULL != p){ 
      free(p); 
      p = NULL; 
    } 
  } 
} 
int main(){ 
  std::vector<std::thread> th; 
  int nr_threads = 10; 
  for (int i = 0; i < nr_threads; ++i) { 
    th.push_back(std::thread(GetMemory)); 
  } 
  for(auto &t : th){ 
    t.join(); 
  } 
  return 0; 
} 

代碼非常簡單，僅僅是不斷分配內(nèi)存而已。

編譯并嘗試分配十億次：

$ g++ -g -o malloc malloc.cc -lpthread 
$ time ./malloc  
real    0m8.677s 
user    0m29.409s 
sys    0m0.029s 

分配十億次內(nèi)存，使用時(shí)間大概17s左右。另外一個(gè)終端使用perf查看情況：

$ perf top -p `pidof malloc` 
  52.92%  libc-2.27.so  [.] cfree@GLIBC_2.2.5 
  31.94%  libc-2.27.so  [.] malloc 
   8.82%  malloc        [.] GetMemory 
   3.45%  malloc        [.] free@plt 
   2.51%  malloc        [.] malloc@plt 
   0.03%  [kernel]      [k] prepare_exit_to_usermode 
   0.01%  [kernel]      [k] psi_task_change 
   0.01%  [kernel]      [k] native_irq_return_iret 
   0.01%  [kernel]      [k] __update_load_avg_cfs_rq 
   0.01%  [kernel]      [k] __update_load_avg_se 
   0.01%  [kernel]      [k] update_curr 
   0.01%  [kernel]      [k] native_write_msr 
   0.01%  [kernel]      [k] __schedule 
   0.01%  [kernel]      [k] native_read_msr 
   0.01%  [kernel]      [k] read_tsc 
   0.01%  [kernel]      [k] interrupt_entry 
   0.01%  [kernel]      [k] update_load_avg 
   0.01%  [kernel]      [k] swapgs_restore_regs_and_return_to_usermode 
   0.01%  [kernel]      [k] reweight_entity 
   0.01%  [kernel]      [k] switch_fpu_return 
   0.01%  [kernel]      [k] perf_event_task_tick 

從結(jié)果可以看到，大部分CPU耗費(fèi)在了內(nèi)存的申請和釋放。

怎么辦呢?第一要考慮的做法不是如何提升它，而是它能否避免?比如內(nèi)存復(fù)用?而非反復(fù)申請?

比如使用內(nèi)存池?但是要自己寫一個(gè)穩(wěn)定的內(nèi)存池又需要耗費(fèi)很大的精力了。怎么辦呢?

性能更好的庫

實(shí)際上這就引出了性能優(yōu)化的一種常見方法-使用性能更好的庫。那么在內(nèi)存分配方面，有更好的庫嗎?自己又不能寫出一個(gè)比libc還厲害的庫，就只能用用開源的庫，才能維持得了寫代碼的生活。

目前常見的性能比較好的內(nèi)存分配庫有

• tcmalloc-谷歌開發(fā)的內(nèi)存分配庫
• jemalloc

在自己編譯使用redis的時(shí)候，其實(shí)你能看到它們的身影：

# Backwards compatibility for selecting an allocator 
ifeq ($(USE_TCMALLOC),yes) 
    MALLOC=tcmalloc 
endif 
 
ifeq ($(USE_TCMALLOC_MINIMAL),yes) 
    MALLOC=tcmalloc_minimal 
endif 
 
ifeq ($(USE_JEMALLOC),yes) 
    MALLOC=jemalloc 
endif 
 
ifeq ($(USE_JEMALLOC),no) 
    MALLOC=libc 
endif 

如何使用

這里以tcmalloc為例，看一下如何使用該庫替換libc中的malloc。tcmalloc使用了thread cache，小塊的內(nèi)存分配都可以從cache中分配。多線程分配內(nèi)存的情況下，可以減少鎖競爭。

獲取

你可以通過源碼編譯獲取，github地址：https://github.com/google/tcmalloc.git

不過它需要使用bazel進(jìn)行構(gòu)建編譯，有興趣的可以自行嘗試。

也可以直接安裝：

$ apt-get install -y libtcmalloc-minimal4 

安裝位置查看：

$ ldconfig -p | grep tcmalloc 
    libtcmalloc_minimal_debug.so.4 (libc6,x86-64) => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libtcmalloc_minimal_debug.so.4 
    libtcmalloc_minimal.so.4 (libc6,x86-64) => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libtcmalloc_minimal.so.4 
    libtcmalloc_debug.so.4 (libc6,x86-64) => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libtcmalloc_debug.so.4 
    libtcmalloc_and_profiler.so.4 (libc6,x86-64) => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libtcmalloc_and_profiler.so.4 
    libtcmalloc.so.4 (libc6,x86-64) => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libtcmalloc.so.4 

LD_PRELOAD

這種方式在自己測試的時(shí)候非常方便，只需要：

$ export LD_PRELOAD=/path/to/tcmalloc.so 

導(dǎo)入環(huán)境變量，指定庫路徑即可。注意這里的/path/to更換成你的tcmalloc實(shí)際的路徑。運(yùn)行的時(shí)候，tcmalloc庫就會被首先被使用了。

直接鏈接

這種方法就和普通庫的使用沒有什么區(qū)別了，鏈接使用就完事了。相關(guān)文章《靜態(tài)庫的制作與使用》

效果

我們使用新的庫，再進(jìn)行10億次的內(nèi)存分配試試：

$ time ./malloc 
real    0m7.152s 
user    0m27.997s 
sys    0m0.032s 

可以看到要使用的時(shí)間少了些。當(dāng)然，這里的對比嚴(yán)格來說不是很嚴(yán)謹(jǐn)，甚至可以說起不到對比的作用。首先這里內(nèi)存分配大小比較單一，并且僅有內(nèi)存分配，而沒有其他處理，真正是否有效果，還是要根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)程序的情況來判斷。當(dāng)然，整體來說，tcmalloc的效果要比libc的malloc分配內(nèi)存要高效。

總結(jié)

當(dāng)你的程序中存在大量的內(nèi)存分配(例如C++頻繁使用string)，那么可以考慮使用性能更好的內(nèi)存分配庫了。關(guān)于tcmalloc，jemalloc等內(nèi)存分配庫的對比有很多，這里有興趣的可自行了解。

作者:守望，linux應(yīng)用開發(fā)者，目前在公眾號【編程珠璣】?分享Linux/C/C++/數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法/工具等原創(chuàng)技術(shù)文章和學(xué)習(xí)資源。