IPC性能：命名管道与插座

Question

每个人似乎都说命名管道比套接字IPC更快。他们快多快了？我更喜欢使用套接字，因为它们可以进行双向通信，并且非常灵活，但如果数量相当大，则选择速度超过灵活性。

Answer 1

我建议你首先采取简单的路径，小心地隔离ipc机制，以便你可以从套接字更改为管道，但我肯定会首先使用套接字。 在抢先优化之前，您应该确保IPC性能是一个问题。

如果因为IPC速度而遇到麻烦，我认为你应该考虑切换到共享内存，而不是去管道。

如果你想进行一些传输速度测试，你应该尝试socat，这是一个非常通用的程序，可以让你创建几乎任何类型的隧道。

Answer 2

我会同意shodanex，看起来你过早地试图优化那些尚未出现问题的东西。除非你知道套接字将成为瓶颈，否则我只会使用它们。

很多发誓命名管道的人都会节省一些钱（取决于其他所有内容的编写方式），但最终会得到的代码花费更多的时间来阻止IPC回复而不是做有用的工作。当然，非阻塞方案对此有所帮助，但这些可能很棘手。我可以说，花费数年时间将旧代码带入现代，在我见过的大多数情况下，加速几乎为零。

如果你真的认为套接字会降低你的速度，那么请使用共享内存走出大门，注意如何使用锁。同样，在所有情况下，您可能会发现一个小的加速，但请注意，您正在浪费其中的一部分等待互斥锁。我不会主张去futex hell旅行（好吧，在2015年不再相当地狱，取决于你的经验）。

英镑，套接字（几乎）总是在单片内核下用户空间IPC的最佳方式..并且（通常）最容易调试和维护。

Answer 3

请记住，套接字并不一定意味着IP（以及TCP或UDP）。您还可以使用UNIX套接字（PF_UNIX），与连接到127.0.0.1相比，它提供了显着的性能提升

Answer 4

通常情况下，数字不只是感觉，这里有一些数据： Pipe vs Unix Socket Performance (opendmx.net)

此基准测试显示管道速度差异大约12至15％。

Answer 5

使用共享内存解决方案可获得的最佳结果。

命名管道仅比 TCP套接字好16％。

通过IPC benchmarking获得结果：

• 系统：Linux（Linux ubuntu 4.4.0 x86_64 i7-6700K 4.00GHz）
• 消息：128个字节
• 邮件数：1000000

管道基准：

Message size:       128
Message count:      1000000
Total duration:     27367.454 ms
Average duration:   27.319 us
Minimum duration:   5.888 us
Maximum duration:   15763.712 us
Standard deviation: 26.664 us
Message rate:       36539 msg/s

FIFO（命名管道）基准：

Message size:       128
Message count:      1000000
Total duration:     38100.093 ms
Average duration:   38.025 us
Minimum duration:   6.656 us
Maximum duration:   27415.040 us
Standard deviation: 91.614 us
Message rate:       26246 msg/s

消息队列基准：

Message size:       128
Message count:      1000000
Total duration:     14723.159 ms
Average duration:   14.675 us
Minimum duration:   3.840 us
Maximum duration:   17437.184 us
Standard deviation: 53.615 us
Message rate:       67920 msg/s

共享内存基准测试：

Message size:       128
Message count:      1000000
Total duration:     261.650 ms
Average duration:   0.238 us
Minimum duration:   0.000 us
Maximum duration:   10092.032 us
Standard deviation: 22.095 us
Message rate:       3821893 msg/s

TCP套接字基准：

Message size:       128
Message count:      1000000
Total duration:     44477.257 ms
Average duration:   44.391 us
Minimum duration:   11.520 us
Maximum duration:   15863.296 us
Standard deviation: 44.905 us
Message rate:       22483 msg/s

Unix域套接字基准测试：

Message size:       128
Message count:      1000000
Total duration:     24579.846 ms
Average duration:   24.531 us
Minimum duration:   2.560 us
Maximum duration:   15932.928 us
Standard deviation: 37.854 us
Message rate:       40683 msg/s

ZeroMQ基准：

Message size:       128
Message count:      1000000
Total duration:     64872.327 ms
Average duration:   64.808 us
Minimum duration:   23.552 us
Maximum duration:   16443.392 us
Standard deviation: 133.483 us
Message rate:       15414 msg/s

Answer 6

如果您不需要速度，插座是最简单的方法！

如果您关注的是速度，最快的解决方案是共享内存，而不是命名管道。

Answer 7

用于与命名管道的双向通信：

• 如果进程很少，可以为两个方向打开两个管道（processA2ProcessB和processB2ProcessA）
• 如果你有很多进程，你可以为每个进程打开和进出管道（processAin，processAout，processBin，processBout，processCin，processCout等）
• 或者你可以像往常一样去混合：）

命名管道非常容易实现。

E.g。我使用命名管道在C中实现了一个项目，这要归功于基于标准文件输入输出的通信（fopen，fprintf，fscanf ...）它非常简单和干净（如果这也是一个考虑因素）。

我甚至用java编码它们（我正在序列化并通过它们发送对象！）

命名管道有一个缺点：

• 它们不能在多个计算机上扩展，例如套接字，因为它们依赖于文件系统（假设共享文件系统不是一个选项）

Answer 8

套接字的一个问题是它们没有办法刷新缓冲区。有一种称为Nagle算法的东西可以收集所有数据并在40ms后刷新它。因此，如果它是响应性而不是带宽，那么使用管道可能会更好。

您可以使用套接字选项TCP_NODELAY禁用Nagle，但是在一次单个读取调用中，读取端将永远不会收到两条短消息。

所以测试它，我最终没有这个，并在共享内存中使用pthread互斥和信号量实现了基于内存映射的队列，避免了很多内核系统调用（但今天它们不再是非常慢）。

Answer 9

命名管道和插座在功能上并不相同;套接字提供了更多功能（它们是双向的，一开始）。

我们无法告诉你哪个会表现得更好，但我强烈怀疑它并不重要。

Unix域套接字将完成tcp套接字的功能，但只能在本地机器上运行，并且（可能会有点）开销较低。

如果Unix套接字不够快并且您要传输大量数据，请考虑在客户端和服务器之间使用共享内存（设置起来要复杂得多）。

Unix和NT都有“命名管道”，但它们在功能集上完全不同。

Answer 10

您可以使用ZeroMQ [zmq/0mq]等轻量级解决方案。它非常易于使用，并且比插座快得多。

Answer 11

我知道这是一个非常古老的话题，但它很重要，所以我想添加我的 0.02 美元。对于本地 IPC，UDS 在概念上要快得多。它们不仅速度更快，而且如果您的内存控制器支持 DMA，那么 UDS 几乎不会对您的 CPU 造成负载。 DMA 控制器只会卸载 CPU 的内存操作。 TCP 需要打包成大小为 MTU 的块，并且如果您在专用硬件中的某处没有智能 nic 或 TCP 卸载会导致 CPU 上的相当多的负载。根据我的经验，UDS 在现代系统上的延迟和吞吐量提高了大约 5 倍。

这些基准测试来自这个简单的基准测试代码。自己试试。它还支持 UDS、管道和 TCP：https://github.com/rigtorp/ipc-bench

由于 DMA，我看到 CPU 内核在 UDS 下以大约 15% 的负载努力跟上 TCP 模式。请注意，远程 DMA 或 RDMA 在网络中具有相同的优势。