本文延續前篇效能校正的經驗談，上篇文章探討了關於應用程式本身可以最佳化的部分，包含了應用程式以及框架兩個部分。本篇文章將繼續剩下最佳化步驟的探討。
Speculative Execution Mitigations
接下來探討這個最佳化步驟對於效能有顯著的提升，但是本身卻是一個非常具有爭議性的步驟，因為其涉及到整個系統的安全性問題。
如果大家對前幾年非常著名的安全性漏洞 Spectre/Meltdown 還有印象的話，本次這個最佳化要做的就是關閉這類型安全性漏洞的處理方法。
標題的名稱 Speculative Execution Migitations 主要跟這漏洞的執行概念與 Pipeline 有關，有興趣理解這兩種漏洞的可以自行研究。
作者提到，大部分情況下這類型的防護能力都應該打開，不應該關閉。不過作者認為開關與否應該是一個可以討論的空間，特別是如果已經確認某些特別情境下，關閉防護能力帶來的效能如果更好，其實也是一個可以考慮的方向。
舉例來說，假設今天你運行了基於 Linux 使用者權限控管與 namespaces 等機制來建立安全防護的多使用者系統，那這類型的防護能力就不能關閉，必須要打開來防護確保整體的 Security Boundary 是完整的。 但是如果今天透過 AWS EC2 運行一個單純的 API Server，假設整個機器不會運行任何不被信任的程式碼，同時使用 AWS Nitro Enclaves 來保護任何的機密資訊，那這種情況下是否有機會可以關閉這類型的檢查?
作者根據 AWS 對於安全性的一系列說明認為 AWS 本身針對記憶體的部分有很強烈的保護，包含使用者之間沒有辦法存取 Hyperviosr 或是彼此 instance 的 Memory。
總之針對這個議題，有很多的空間去討論是否要關閉，以下就單純針對關閉防護能力帶來的效能提升。
作者總共關閉針對四種攻擊相關的處理能力，分別是
Spectre V1 + SWAPGS
Spectre V2
Spectre V3/Meltdown
MDS/Zombieload, TSX Anynchronous Abort
與此同時也保留剩下四個，如 iTLB multihit, SRBDS 等
這種設定下，整體的運作效能再次提升了 28% 左右，從 347k req/s 提升到 446k req/s。
註: 任何安全性的問題都不要盲從亂遵循，都一定要評估判斷過
Syscall Auditing/Blocking
大部分的情況下，Linux/Docker 處理關於系統呼叫 Auditing/Blocking 兩方面所帶來的效能影響幾乎微乎其微，不過當系統每秒執行數百萬個系統呼叫時，這些額外的效能負擔則不能忽視，如果仔細觀看前述的火焰圖的話就會發線 audit/seccomp 等數量也不少。
Linux Kernel Audit 子系統提供了一個機制來收集與紀錄任何跟安全性有關的事件，譬如存取敏感的機密檔案或是呼叫系統呼叫。透過這些內容可以幫助使用者去除錯任何不被預期的行為。
Audit 子系統於 Amazon Linux2 的環境下預設是開啟，但是本身並沒有被設定會去紀錄系統呼叫的資訊。
即使 Audit 子系統沒有真的去紀錄系統呼叫的資訊，該子系統還是會對每次的系統呼叫產生一點點的額外處理，所以作者透過 auditctl -a never,task 這個方式來將整體關閉。
註: 根據 Redhat bugzilla issue #1117953, Fedora 預設是關閉這個行為的
Docker/Container 透過一連串 Linux Kernel 的機制來隔離與控管 Container 的執行權限，譬如 namespace, Linux capabilities., cgroups 以及 seccomp。
Seccomp 則是用來限制這些 Container 能夠執行的系統呼叫類型
大部分的容器化應用程式即使沒有開啟 Seccomp 都能夠順利的執行，執行 docker 的時候可以透過 --security-opt seccomp=unconfined 這些參數告訴系統運行 Container 的時候不要套用任何 seccomp 的 profile.
將這兩個機制關閉後，系統帶來的效能提升了 11%，從 446k req/s 提升到 495k req/s。
從火焰圖來看，關閉這兩個設定後，syscall_trace_enter 以及 syscall_slow_exit_work 這兩個系統呼叫也從火焰圖中消失，此外作者發現 Amazon Linux2 預設似乎沒有啟動 Apparmor 的防護，因為不論有沒有關閉效能都沒有特別影響。
Disabling iptables/netfilter
再來的最佳化則是跟網路有關，大名鼎鼎的 netfilter 子系統，其中非常著名的應用 iptables 可以提供如防火牆與 NAT 相關功能。根據前述的火焰圖可以觀察到，netfilter 的進入 function nf_hook_slow 佔據了大概 18% 的時間。
將 iptables 關閉相較於安全性來說比較沒有爭議，反而是功能面會不會有應用程式因為 iptables 關閉而不能使用。預設情況下 docker 會透過 iptables 來執行 SNAT與 DNAT(有-p的話)。
作者認為現在環境大部分都將 Firewall 的功能移到外部 Cloud 來處理，譬如 AWS Security Group 了，所以 Firewall 的需求已經減少，至於 SNAT/DNAT 這類型的處理可以讓容器與節點共享網路來處理，也就是運行的時候給予 “–network=host” 的模式來避免需要 SNAT/DNAT 的情境。
作者透過修改腳本讓開機不會去預設載入相關的 Kernel Module 來達到移除的效果，測試起來整體的效能提升了 22%，從 495k req/s 提升到 603k req/s
註: 這個議題需要想清楚是否真的不需要，否則可能很多應用都會壞掉
作者還特別測試了一下如果使用 iptables 的下一代框架 nftables 的效能，發現 nftables 的效能好非常多。載入 nftables 的kernel module 並且沒有規則的情況下，效能幾乎不被影響(iptables 則相反，沒有規則也是會影響速度)。作者認為採用 nftables 似乎是個更好的選擇，能夠有效能的提升同時也保有能力的處理。
不過 nftables 的支援相較於 iptables 來說還是比較差，不論是從 OS 本身的支援到相關第三方工具的支援都還沒有這麼完善。就作者目前的認知， Debian 10, Fedora 32 以及 RHEL 8 都已經轉換到使用 nftables 做為預設的處理機制，同時使用 iptables-nft 這一個中介層的轉換者，讓所有 user-space 的規則都會偷偷的轉換為底層的 nftables。
Ubuntu 似乎要到 20.04/20.10 的正式版本才有嘗試轉移到的動作，而 Amazon Linux 2 依然使用 iptables 來處理封包。
下篇文章會繼續從剩下的五個最佳化策略繼續介紹
https://talawah.io/blog/extreme-http-performance-tuning-one-point-two-million/
linux pipeline 在 Conditional pipeline - Unix & Linux Stack Exchange 的推薦與評價
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