如何让glog性能提高10倍

摘要： 优化glog源码，性能提高10倍

背景

最近在给glog做性能优化， 使用c++版本 glog-0.3.4做压测，测试数据总量为1.5g， 起12个线程循环写133个字节的日志条目，测试结果耗时175s，每秒大约8-9MB的吞吐量。
在此测试基础上，我对glog进行了一系列的性能优化，优化后耗时16s，性能为glog原生版本的10倍。

优化过程

去localtime函数调用

查看glog源码，在获取日期的时候使用了localtime, localtime_r这两个函数，而这两个函数调用了__tz_convert， __tz_convert有tzset_lock全局锁，每次获取时间都会使用到kernel级别的futex锁，所以优化第一步是去掉glibc的localtime函数，使用getimeofday获取秒数和时区，用纯耗cpu的方式算出日期，稍微复杂一点的计算就是闰年闰月的转换。将这段函数替换后，耗时从175s减少成46s，性能瞬间提高4-5倍。

减少锁粒度

再翻看glog的源码，glog是一个多线程同步写的操作，简化代码就是 lock();dosomething();fwrite();unlock(); fwrite本身就是线程安全的，缩小锁粒度需要改成lock();dosomething();unlock();fwrite(); 其他变量都比较好处理，比如文件名之类的，不好处理的是轮转的时候会更改fd， fwrite()会使用到fd。我使用了指针托管和引用计数的办法，当轮转文件时，将current_fd_ 赋值给old_fd_, 不直接delete或fclose, 简化代码等于：lock();dosomething();if(true) old_fd_ = current_fd_; currnt_fd_.incr();unlock();fwrite();currnt_fd_.decr(); 当old_fd_ = 0时，才会真正delete 和fclose 这个fd指针。优化后压测耗时30s。

引入无锁队列异步IO化

从第二次优化来看。锁热点已经很少了，性能也有不少提升，已经能满足OCS的需求，但是这种多线程同步堵塞写io的模式，一旦出现io hang住的情况，所有worker线程都会堵住。可以看下__IO_fwrite 这个函数，在写之前会进行__IO_acquire_lock() 锁住，写完后解锁。
为了避免所有线程卡住的情况，需要将多线程同步堵塞转换成单线程异步的io操作，同时避免引入新的锁消耗性能，所以引入无锁队列，算法复杂度为O(1)，结构如图所示：

每个生产者线程都有独自的无锁队列，生产者线程做日志的序列化处理等，整个glog有一个单线程的消费线程，消费线程只处理真正的io请求，无锁队列使用环形数组实现，引入tcmalloc做内存管理。消费线程也会有hang住的可能，因为无锁队列使用CAS，当队列满了的时候并不会无限增长内存，而是会重试几次后放弃本次操作，避免内存暴涨。改造后耗时33s。

小细节优化

glog在linux系统下缺省使用的是pthread_rw_lock,在第二步减少锁粒度的基础上，现已不需要内核态的读写锁，所以将rwlock替换成用户态的spinlock。另外__GI_fwrite的热点还是有一些，采用合并队列的方法减少一些写操作，再加上超时机制，防止缓存的日志不及时落地。总结起来的优化就是：

• 向前合并队列写
• glog缺省使用的读写锁和mutex锁，换成spinlock
• 单条message buffer大小调整
• fwrite设置file buffer

这些优化完成后耗时时间为16s。

使用场景

优化后的glog版本适合使用在需要高日志吞吐量的产品， 比如OCS这种分布式高并发高吞吐量的系统。

高性能日志系统总结

从以上优化可以总结出高性能的日志系统的特性：

• 使用异步IO实现高并发的日志吞吐量，日志线程与worker线程解耦，worker线程只做序列化之类的工作，日志线程只做io，避免当磁盘满了等异常情况发生时主路径阻塞导致服务完全不可用，这在任何一个高并发的系统中都需要注意的。
• 其他细节点特性：
  • 不使用localtime取日期，单测localtime和getimeofday 获取时间， gettimeofday 速度比localtime快20倍
  • 选用无锁队列可重试放弃操作，避免内存暴涨。
  • 使用内存池管理，比如tcmalloc
  • 对fd等关键指针做引用计数处理，避免大粒度的锁。