临时工说： 云原生数据库别整新名词，bypass ，不就是旁路吗

上次的陈老师在对PolarDB 的分享中，提到一个新名词，bypass，通过bypass 来提高整体的云原生数据库的性能。这在传统的数据库的技术中我未曾听过，当然上次的东西，最近比较懒，没有整理，后续我会把相关的录音转换成文字，把PolarDB到底打败了谁，之快问快答的东西整理出来。

这次先把kerne bypass 的概念搞搞清楚，这里需要抛弃传统数据库使用物理机的思维。云上的数据库产品，面对的环境要比线下的数据库的环境要复杂，面对的主机的物理形式也有不同，基于这些不同 kernel-bypass 内核旁路的技术出现了，主要解决了是超大并发下内核态与用户态之间的性能问题，这项技术的特点是不使用LINUX内核访问内存，而通过绕过系统的方式来，从用户的空间直接访问控制内存的设备，这项技术最大的目的就是高性能，低延迟。

实际上在阅读了一些相关的资料后，产生问题的核心在LINUX 本身的内核无法承受数据流量问题，而kernel bypass就是要解决这个问题。这里解决这个问题的主要解决方案如下：

1 DPDK

2 NETMAP

3 PF_RING

4 RACKET_MMAP

其中解决问题的核心是系统内核的数据传输中会面临中断处理，内存拷贝，上下文切换，局部性失效，内存的数据交互与使用等问题，一般CPU都有3级缓存，在系统运行中如果数据在处理中能在1 2 级别的缓存中命中，效率会较高，而如果无法命中，则就需要等待周期，1级缓存等待 4个周期，2级缓存等待12个周期，3级缓存等待30个周期 到了内存这个级别就是300个周期了。

那么什么是周期，CPU的周期指的是计算机处理指令所需要的时间单位，每个指令的执行都需要经过电子信号的传输，寄存器的操作，算数运算等步骤才能完成。这里以3.0HZ的CPU，一个周期约为0.33纳秒。所以数据切换就需要等待的周期。

而kernel-bypass要做的就是，控制层和数据层进行分离，将数据包的处理，内存的管理，处理器的调度等赚到用户的空间来操作，内核仅仅处理控制指令，这样就没有上面提到的一堆的切换问题。同时我们经常在国产数据库和国产硬件产品中的绑核，也是基于这个问题采用非Bypass kernel的思路，这是将线程和CPU的核心进行绑定，减少线程切换和调度的性能消耗。

这里我们以DPDK技术作为一个学习点，了解kernel bypass的实现方式

这项技术主要做的有如下几个部分

用户空间数据包处理（内核绕过）。

避免上下文切换开销。

轮询模式驱动程序（PMD）。

避免中断处理开销。

保持核心繁忙。

内存使用优化。

轻量级mbufs。

使用巨页、缓存对齐等的内存池。

无锁环形缓冲区。

DPDK 本身也支持除X86 体系以外的 ARM, PowerPC 等，这里的UIO机制本身是在 UIO中可以通过read 感知中断，通过mmap实现和网卡的通讯，DPDK的UIO驱动屏蔽了硬件发出中断，在用户态中采用主动轮询的方式，这样的方式称为 PMD poll mode driver ，由于去除了硬中断，DPDK可以在用户态做收发包的处理，而不需要进行拷贝，没有系统调用，减少上下文的切换，最终避免了缓存没有命中后的CPU的周期等待。

所以kernel bypass 的功能在云环境是有必要的，解决了高数据量并发时的CPU 消耗的问题，同时也必须说明基于这项技术，也需要CPU 来管理，所以CPU的核心数不要太少。

基于这项技术对于数据库DBA 是一个了解就好的情况，对于这项技术的分支DPDK 中的详细知识可以访问，如下网站进行更深入的学习和了解。

https://doc.dpdk.org/guides/linux_gsg